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）甲組同學按照圖1所示裝置，通過實驗檢驗草酸晶體的分解產物．裝置C中可觀察到的現象是有氣泡冒出，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），防止草酸進入裝置C反應生成沉淀而干擾CO₂的檢驗．
（2）乙組同學認為草酸晶體分解產物中還有CO，為進行驗證，選用甲組實驗中的裝置A、B和如圖所示的部分裝置（可以重復選用）進行實驗．

①乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A、B、F、D、G、H、D、I．裝置H反應管中盛有的物質是CuO．
②能證明草酸晶體分解產物中有CO的現象是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）設計實驗證明：
①草酸的酸性比碳酸的強向盛有少量NaHCO₃的試管里滴加草酸溶液，有氣泡產生就說明草酸酸性大于碳酸．
②草酸為二元酸用NaOH標準溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質的量是草酸的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．KMnO₄溶液和草酸鈉溶液在稀硫酸中反應的離子方程式為：2MnO₄^-+16H⁺+5C₂O₄^2-═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
實驗室常用固體草酸鈉測定KMnO₄溶液的濃度．準確稱取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，三次重復實驗消耗KMnO₄溶液的體積分別是16.02mL、16.00mL、16.01mL，則KMnO₄溶液的物質的量濃度的計算式是：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，分解時會產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，防止干擾實驗；
（2）①要檢驗生成CO，在甲組實驗后，用濃氫氧化鈉除去二氧化碳，用澄清石灰水檢驗二氧化碳，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生成的二氧化碳，用排水法收集CO；H裝置中盛放的物質應該具有氧化性，且和CO反應有明顯現象發(fā)生；
②CO具有還原性，其氧化產物是二氧化碳，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，可以利用強酸制取弱酸；
②利用酸堿中和滴定酸堿物質的量比確定草酸是二元酸；
（4）①KMnO₄和草酸鈉在稀硫酸中反應生成硫酸鉀、硫酸錳、二氧化碳和水；
②假設KMnO₄溶液的濃度為c，根據方程式2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O計算．

解答 解：（1）草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）無色，熔點為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解，如果草酸受熱分解，分解時會產生二氧化碳，二氧化碳和氫氧化鈣反應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)，導致生成的氣體中含有草酸，草酸和氫氧化鈣反應生成難溶性的草酸鈣而干擾二氧化碳的檢驗，B裝置溫度較低，有冷凝作用，防止干擾二氧化碳的檢驗，
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），防止草酸進入裝置C反應生成沉淀而干擾CO₂的檢驗；
（2）①要檢驗生成CO，在甲組實驗后，用濃氫氧化鈉除去二氧化碳，用澄清石灰水檢驗二氧化碳，用堿石灰干燥CO，利用CO和CuO發(fā)生還原反應生成CO₂，再利用澄清石灰水檢驗生成的二氧化碳，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裝置中盛放的物質應該具有氧化性，且和CO反應有明顯現象發(fā)生，CuO能被CO還原且反應過程中黑色固體變?yōu)榧t色，現象明顯，所以H中盛放的物質是CuO，
故答案為：F、D、G、H、D、I；CuO；
②CO具有還原性，其氧化產物是二氧化碳，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，有氣泡產生就說明草酸酸性大于碳酸；
②草酸和NaOH發(fā)生中和反應時，如果草酸是二元酸，則參加反應的草酸物質的量應該是NaOH的一半，所以用NaOH標準溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質的量是草酸的2倍就說明草酸是二元酸，
故答案為：用NaOH標準溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質的量是草酸的2倍；
（4）①KMnO₄和草酸鈉在稀硫酸中反應生成硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸錳、二氧化碳和水，則反應的離子方程式為：2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
故答案為：2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
②根據三次試驗數據計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：$\frac{0.2000g×2mol}{5mol×134g/mol×0.01601L}$．

點評 本題以乙二酸的分解為背景考查了實驗方案設計，為高頻考點，側重考查學生知識綜合應用、實驗基本操作能力及實驗方案設計能力，綜合性較強，難點是排列實驗先后順序，根據實驗目的及物質的性質進行排列順序，注意要排除其它因素干擾，題目難度中等．