Question

【題目】某學習小組同學在用高錳酸鉀做實驗時不慎沾到手上，導致皮膚變成了棕褐色，老師提供草酸溶液給同學洗手，棕褐色立刻消失。同學對草酸產生了興趣，經請教老師獲知，草酸(H2C2O4)在通常狀況下為固體，是一種易溶于水的酸，廣泛存在于植物源食品中。草酸固體在濃硫酸的催化作用下，受熱分解生成碳的氧化物和水，小組同學對生成物中碳的氧化物的種類進行了如下探究。

（提出問題）草酸受熱分解的生成物中有哪幾種碳的氧化物？

（進行猜想）猜想1：只有CO 猜想2：只有CO2 猜想3：同時含有CO和CO2。

（查閱資料）

①一氧化碳不能與澄清石灰水反應。

②濃硫酸有吸水性，能吸收氣體中混有的水蒸氣，使氣體變干燥。

（實驗探究）同學設計了如圖1所示裝置進行實驗：

(1)實驗時，當觀察到裝置A中的現(xiàn)象為___，說明草酸的分解產物中有CO2氣體存在。

(2)為了實驗安全，在實驗開始應先通一會兒氣體，再___，實驗過程中，觀察到C中現(xiàn)象是___，由此得出草酸分解產物有CO氣體存在。同學甲認為，該套裝置存在明顯的缺陷，你的改進方法是___。

(3)裝置C中直玻璃管內發(fā)生反應的化學方程式為___。

（實驗結論）(4)通過實驗，可得到的結論是猜想3正確。請寫出草酸在濃酸的催化下，受熱分解的化學方程式：___。

（問題討論）(5)草酸與高錳酸鉀反應的化學方程式為：3H2C2O4+2KMnO4＝K2CO3+2MnO2+3H2O+5CO2↑；又知在化學反應中，有元素化合價升高的反應物為還原劑，有元素化合價降低的反應物為氧化劑，則此反應中的氧化劑是___。

（定量計算）(6)測定高錳酸鉀樣品中高錳酸鉀的質量分數(高錳酸鉀樣品中含少量雜質)。同學們設計了如圖2的實驗裝置，取1g高錳酸鉀固體樣品放于試管中，實驗中將注射器內的草酸溶液(足量)完全注入試管中。當試管中不再產生氣泡時讀數得到量筒中水的體積為330毫升。已知實驗條件下二氧化碳的密度為2g/L。計算該樣品中高錳酸鉀的質量分數___。(寫出計算過程)

（實驗反思）(7)圖2中水面上方封了一層植物油，目的是___。實驗結束后，學習小組的同學對該實驗進行了反思，同學乙認為用該裝置測得的樣品中高錳酸鉀的質量分數偏高，你認為原因是___。

Answer 1

【答案】澄清石灰水變渾濁 加熱 黑色的固體變成紅色 在尾部的導管口放一個點燃的酒精燈或綁一個氣球(合理即可) CO+CuOCu+CO2 H2C2O4CO2+CO+H2O 高錳酸鉀(或KMnO4) 根據此裝置可知：量筒內的水的體積為產生的氣體的體積，因此產生的二氧化碳的體積為330mL。實驗條件下二氧化碳的密度為2g/L，則二氧化碳的質量為：2g/L×0.33L=0.66g。

設高錳酸鉀的質量為x。

故高錳酸鉀的質量分數為：。 防止二氧化碳溶于水 加入的草酸溶液占據了試管內的部分體積，使測得的二氧化碳的體積偏大

【解析】

（1）結論是草酸的分解產物中有CO2氣體存在，則裝置A澄清石灰水中會觀察到石灰水變渾濁。

（2）草酸分解生成的氣體中可能含有CO，則需要先將裝置內的空氣完全排盡再點燃酒精燈，防止CO與空氣混合發(fā)生爆炸。若生成的氣體中有CO，則CO會與氧化銅粉末發(fā)生反應，因此C裝置可觀察到黑色的固體變紅這一現(xiàn)象。通過觀察整個實驗裝置發(fā)現(xiàn)并無尾氣處理裝置，而CO有毒性，因此不可排放到空氣中，需要收集或直接點燃，因此可在D裝置后放置一盞點燃得酒精燈或套一個氣球收集CO。

（3）裝置C是氧化銅被還原，化學方程式為：CO+CuOCu+CO2。

（4）猜想3是既產生CO又有CO2，則草酸分解得化學方程式為：H2C2O4CO2+CO+H2O。

（5）草酸中，H元素化合價為+1價，O元素化合價為-2價，根據化學式中化合價代數和為0可知C元素的化合價為+3價。高錳酸鉀中，K為+1價，O為-2價，因此Mn元素的化合價為+7價。反應后，C元素化合價升高至+4價，Mn元素化合價降低到+4價，因此氧化劑為KMnO4。

（6）根據此裝置可知：量筒內的水的體積為產生的氣體的體積，因此產生的二氧化碳的體積為330mL。實驗條件下二氧化碳的密度為2g/L，則二氧化碳的質量為：2g/L×0.33L=0.66g。

設高錳酸鉀的質量為x。

故高錳酸鉀的質量分數為：。

（7）產生的二氧化碳可溶于水，因此用植物油將氣體與水隔絕，防止二氧化碳溶于水。此實驗中將注射器A中的草酸溶液擠壓進入試管內，會導致試管內氣體壓強增大，造成實驗誤差，則答案為：加入的草酸溶液占據了試管內的部分體積，使測得的二氧化碳的體積偏大。