Question

15．草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，其K₁=5.4×10^-2，K₂=5.4×10^-5．草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水．草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）無色，熔點(diǎn)為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解．請回答下列問題：

（1）甲組同學(xué)按照圖1所示裝置，通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)草酸晶體的分解產(chǎn)物．裝置C中可觀察到的現(xiàn)象是有氣泡冒出，澄清石灰水變渾濁，由此可知草酸晶體分解的產(chǎn)物中有CO₂．裝置B的主要作用是冷凝（水蒸氣和草酸），防止草酸進(jìn)入裝置C反應(yīng)生成沉淀而干擾CO₂的檢驗(yàn)．
（2）乙組同學(xué)認(rèn)為草酸晶體分解產(chǎn)物中還有CO，為進(jìn)行驗(yàn)證，選用甲組實(shí)驗(yàn)中的裝置A、B和如圖所示的部分裝置（可以重復(fù)選用）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

①乙組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置中，依次連接的合理順序?yàn)锳、B、F、D、G、H、D、I．裝置H反應(yīng)管中盛有的物質(zhì)是CuO．
②能證明草酸晶體分解產(chǎn)物中有CO的現(xiàn)象是H中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后的D中澄清石灰水變渾濁．
（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明：
①草酸的酸性比碳酸的強(qiáng)向盛有少量NaHCO₃的試管里滴加草酸溶液，有氣泡產(chǎn)生就說明草酸酸性大于碳酸．
②草酸為二元酸用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質(zhì)的量是草酸的2倍．
（4）草酸和草酸鈉（Na₂C₂O₄）可以在酸性條件下被KMnO₄溶液、MnO₂氧化，錳元素被還原為+2價(jià)．KMnO₄溶液和草酸鈉溶液在稀硫酸中反應(yīng)的離子方程式為：2MnO₄^-+16H⁺+5C₂O₄^2-═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
實(shí)驗(yàn)室常用固體草酸鈉測定KMnO₄溶液的濃度．準(zhǔn)確稱取0.2000g草酸鈉，放入錐形瓶中，加入100mL稀硫酸溶解，用配制好的KMnO₄溶液滴定，三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)消耗KMnO₄溶液的體積分別是16.02mL、16.00mL、16.01mL，則KMnO₄溶液的物質(zhì)的量濃度的計(jì)算式是：c（KMnO₄）=$\frac{0.2000g×2mol}{5mol×134g/mol×0.01601L}$．

Answer 1

分析 （1）草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）無色，熔點(diǎn)為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解，如果草酸受熱分解，分解時(shí)會產(chǎn)生二氧化碳而使澄清石灰水變渾濁；草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水，B裝置溫度較低，有冷凝作用，防止干擾實(shí)驗(yàn)；
（2）①要檢驗(yàn)生成CO，在甲組實(shí)驗(yàn)后，用濃氫氧化鈉除去二氧化碳，用澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳，用堿石灰干燥CO，利用CO的還原性將CO氧化，再利用澄清石灰水檢驗(yàn)生成的二氧化碳，用排水法收集CO；H裝置中盛放的物質(zhì)應(yīng)該具有氧化性，且和CO反應(yīng)有明顯現(xiàn)象發(fā)生；
②CO具有還原性，其氧化產(chǎn)物是二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁．
（3）①要證明草酸酸性大于碳酸，可以利用強(qiáng)酸制取弱酸；
②利用酸堿中和滴定酸堿物質(zhì)的量比確定草酸是二元酸；
（4）①KMnO₄和草酸鈉在稀硫酸中反應(yīng)生成硫酸鉀、硫酸錳、二氧化碳和水；
②假設(shè)KMnO₄溶液的濃度為c，根據(jù)方程式2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O計(jì)算．

解答 解：（1）草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）無色，熔點(diǎn)為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解，如果草酸受熱分解，分解時(shí)會產(chǎn)生二氧化碳，二氧化碳和氫氧化鈣反應(yīng)生成難溶性的碳酸鈣沉淀而使澄清石灰水變渾濁，所以C中觀察到的現(xiàn)象是：有氣泡冒出且澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成；
草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水，草酸易揮發(fā)，導(dǎo)致生成的氣體中含有草酸，草酸和氫氧化鈣反應(yīng)生成難溶性的草酸鈣而干擾二氧化碳的檢驗(yàn)，B裝置溫度較低，有冷凝作用，防止干擾二氧化碳的檢驗(yàn)，
故答案為：有氣泡冒出，澄清石灰水變渾濁；CO₂；冷凝（水蒸氣和草酸），防止草酸進(jìn)入裝置C反應(yīng)生成沉淀而干擾CO₂的檢驗(yàn)；
（2）①要檢驗(yàn)生成CO，在甲組實(shí)驗(yàn)后，用濃氫氧化鈉除去二氧化碳，用澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳，用堿石灰干燥CO，利用CO和CuO發(fā)生還原反應(yīng)生成CO₂，再利用澄清石灰水檢驗(yàn)生成的二氧化碳，用排水法收集CO避免環(huán)境污染，所以其連接順序是A、B、F、D、G、H、D、I；
H裝置中盛放的物質(zhì)應(yīng)該具有氧化性，且和CO反應(yīng)有明顯現(xiàn)象發(fā)生，CuO能被CO還原且反應(yīng)過程中黑色固體變?yōu)榧t色，現(xiàn)象明顯，所以H中盛放的物質(zhì)是CuO，
故答案為：F、D、G、H、D、I；CuO；
②CO具有還原性，其氧化產(chǎn)物是二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，且CO將黑色的CuO還原為紅色的Cu，只要H中黑色固體轉(zhuǎn)化為紅色且其后的D裝置溶液變渾濁就說明含有CO，
故答案為：H中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后的D中澄清石灰水變渾濁；
（3）①要證明草酸酸性大于碳酸，可以利用強(qiáng)酸制取弱酸，向盛有少量NaHCO₃的試管里滴加草酸溶液，有氣泡產(chǎn)生就說明草酸酸性大于碳酸，
故答案為：向盛有少量NaHCO₃的試管里滴加草酸溶液，有氣泡產(chǎn)生就說明草酸酸性大于碳酸；
②草酸和NaOH發(fā)生中和反應(yīng)時(shí)，如果草酸是二元酸，則參加反應(yīng)的草酸物質(zhì)的量應(yīng)該是NaOH的一半，所以用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質(zhì)的量是草酸的2倍就說明草酸是二元酸，
故答案為：用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質(zhì)的量是草酸的2倍；
（4）①KMnO₄和草酸鈉在稀硫酸中反應(yīng)生成硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸錳、二氧化碳和水，則反應(yīng)的離子方程式為：2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
故答案為：2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
②根據(jù)三次試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算高錳酸鉀溶液體積平均值為=$\frac{16.02+16.0+16.01}{3}$=16.01mL，假設(shè)KMnO₄溶液的濃度為c，n（C₂O₄^2-）=$\frac{0.2000g}{134g/mol}$，
則：2MnO₄^-+16H⁺+5C₂O₄^2-=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
   2mol         5mol
c×0.01601L   $\frac{0.2000g}{134g/mol}$
解得c=$\frac{0.2000g×2mol}{5mol×134g/mol×0.01601L}$，
故答案為：$\frac{0.2000g×2mol}{5mol×134g/mol×0.01601L}$．

點(diǎn)評 本題以乙二酸的分解為背景考查了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生知識綜合應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)基本操作能力及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力，綜合性較強(qiáng)，難點(diǎn)是排列實(shí)驗(yàn)先后順序，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募拔镔|(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行排列順序，注意要排除其它因素干擾，題目難度中等．