Question

20．還原性的無(wú)水草酸是無(wú)色無(wú)臭的透明結(jié)晶或白色粉末．草酸在濃硫酸并加熱條件下容易脫去水分，分解為二氧化碳和一氧化碳．

（1）草酸（H₂C₂O₄）濃硫酸并加熱條件下分解的化學(xué)方程式為：H₂C₂O₄ $\frac{\underline{\;濃硫酸\;}}{△}$CO↑+CO₂↑+H₂O下列裝置中如圖1，可用于草酸分解制取氣體的是d．（填字母）
（2）某探究小組利用草酸分解產(chǎn)生的混合氣體和鐵銹反應(yīng)來(lái)測(cè)定鐵銹樣品組成（假定鐵銹中只有Fe₂O₃•nH₂O和Fe兩種成份），實(shí)驗(yàn)裝置如下圖2所示，請(qǐng)回答：
①為得到干燥、純凈的CO氣體，洗氣瓶A、B中盛放的試劑分別是濃NaOH溶液、濃硫酸．
②在點(diǎn)燃酒精燈之前應(yīng)進(jìn)行的操作是：（a）檢查裝置氣密性（或先排盡裝置內(nèi)空氣，以防止加熱時(shí)發(fā)生爆炸）；（b）通入混合氣體一段時(shí)間．
③準(zhǔn)確稱量樣品的質(zhì)量10.00g置于硬質(zhì)玻璃管中，充分反應(yīng)后冷卻、稱量，硬質(zhì)玻璃管中剩余固體質(zhì)量為8.32g，D中濃硫酸增重0.72g，則n=2（假定Fe和H₂O不發(fā)生反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每步均完全吸收或反應(yīng)）．
④在本實(shí)驗(yàn)中，下列情況會(huì)使測(cè)定結(jié)果n偏大的是abc（填字母）．
a．缺少洗氣瓶B                     b．缺少裝置E
c．反應(yīng)后固體是鐵和少量Fe₂O₃       d．反應(yīng)后固體是鐵和少量Fe₂O₃•nH₂O
（3）該探究小組還利用KMnO₄酸性溶液與H₂C₂O₄溶液反應(yīng)過(guò)程中溶液紫色消失的方法，研究影響反應(yīng)速率的因素．
①請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表（表中不要留空格）：
每次實(shí)驗(yàn)KMnO₄酸性溶液的用量均為4mL、H₂C₂O₄溶液的用量均為2mL，催化劑MnSO₄的用量可選擇0.5g、0.0g）
②若要準(zhǔn)確計(jì)算反應(yīng)速率，該實(shí)驗(yàn)中還需測(cè)定溶液紫色消失所需要的時(shí)間．請(qǐng)你設(shè)計(jì)出通過(guò)測(cè)定褪色時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)判斷濃度大小與反應(yīng)速率關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方案：

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/TD>	T/K	催化劑用量/g	c/mol•l-1
				KMnO4	H2C2O4
Ⅰ	為以下實(shí)驗(yàn)作參考	298	0.5	0.01	0.1
Ⅱ	探究KMnO4酸性溶液的濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響	298	0.5	0.001	0.1
Ⅲ		323	0.5	0.01	0.1
Ⅳ	探究催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響				0.1

取過(guò)量的體積相同、濃度不同的草酸溶液分別同時(shí)與體積相同、濃度相同的高錳酸鉀酸性溶液反應(yīng)．
③寫(xiě)出KMnO₄酸性溶液與H₂C₂O₄溶液反應(yīng)的離子方程式：2MnO₄^_+5H₂C₂O₄+6H⁺=10CO₂↑+8H₂O+2Mn²⁺．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題中信息：草酸在濃硫酸并加熱條件下容易脫去水分，分解為二氧化碳和一氧化碳寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式；根據(jù)該反應(yīng)反應(yīng)物、反應(yīng)條件進(jìn)行分析合理的發(fā)生裝置；
（2）①草酸分解產(chǎn)物中有二氧化碳、一氧化碳和水，要得到干燥、純凈的CO氣體，應(yīng)該先除去二氧化碳，然后使用濃硫酸進(jìn)行干燥；
②該實(shí)驗(yàn)裝置連有多個(gè)裝置，實(shí)驗(yàn)前需要檢驗(yàn)裝置的氣密性（或一氧化碳為可燃性氣體，點(diǎn)燃酒精燈之前需要將裝置中的空氣排凈，避免發(fā)生爆炸）；
③結(jié)合方程式，根據(jù)固體減少的質(zhì)量與濃硫酸增重的質(zhì)量列關(guān)系式計(jì)算n值；
④設(shè)剩余固體質(zhì)量為xg、裝置D增重yg，則
Fe₂O₃．nH₂O+3CO=Fe+3CO₂+nH₂O    固體減少的質(zhì)量為
                        18n     （18n+48）g
                         y           10-x 
  $\frac{（18n+48）g}{18ng}$=$\frac{10-y}{y}$，整理可得：1+$\frac{24}{9n}$=$\frac{10-y}{y}$，
即固體剩余質(zhì)量越大，測(cè)定的n值越大；裝置D中質(zhì)量增重越大，測(cè)定的n值越小，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（3）①研究影響反應(yīng)速率的因素時(shí)，除了待探究的因素不同外，其它因素必須完全相同，據(jù)此進(jìn)行解答；
②因顏色是由KMnO₄產(chǎn)生，如果想通過(guò)直接觀察褪色時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)判斷必須保證高錳酸鉀的體積與濃度相同，草酸的體積相同、濃度不同．
③高錳酸鉀溶液氧化草酸為二氧化碳，本身被還原為錳離子，結(jié)合原子守恒和電荷守恒配平得到離子方程式．

解答 解：（1）草酸在濃硫酸并加熱條件下容易脫去水分，分解為二氧化碳和一氧化碳，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：H₂C₂O₄ $\frac{\underline{\;濃硫酸\;}}{△}$CO↑+CO₂↑+H₂O；該反應(yīng)需要加熱、還應(yīng)該能夠控制反應(yīng)開(kāi)始和停止，綜合考慮可知裝置d可用于草酸分解制取氣體，
故答案為：H₂C₂O₄ $\frac{\underline{\;濃硫酸\;}}{△}$CO↑+CO₂↑+H₂O；d；
（2）①為得到干燥、純凈的CO氣體，洗氣瓶A盛放的為氫氧化鈉溶液，用于除去混合氣體中的二氧化碳；裝置盛放干燥劑濃硫酸，目的為干燥CO，
故答案為：濃NaOH溶液；濃硫酸；
②實(shí)驗(yàn)前需要檢查裝置氣密性是否良好，否則影響測(cè)定結(jié)果（或者一氧化碳為可燃性氣體，點(diǎn)燃酒精燈之前需要將裝置中的空氣排凈），
故答案為：檢查裝置氣密性（或先排盡裝置內(nèi)空氣，以防止加熱時(shí)發(fā)生爆炸）；
③由題意知，固體質(zhì)量減少的量為水和氧的量，濃硫酸吸收的量為水，反應(yīng)方程式為：
Fe₂O₃．nH₂O+3CO=Fe+3CO₂+nH₂O    固體減少的質(zhì)量為
                        18ng      （18n+48）g
                        0.72g     10.00g-8.32g
則0.72g×（18n+48）g=18ng×（ 10.00g-8.32g），
解得n=2，
故答案為：2；
④設(shè)剩余固體質(zhì)量為xg、裝置D增重yg，則
Fe₂O₃．nH₂O+3CO=Fe+3CO₂+nH₂O    固體減少的質(zhì)量為
                        18n     （18n+48）g
                         y           10-x 
    $\frac{（18n+48）g}{18ng}$=$\frac{10-y}{y}$，整理可得：1+$\frac{24}{9n}$=$\frac{10-y}{y}$，
即固體剩余質(zhì)量越大，測(cè)定的n值越大；裝置D中質(zhì)量增重越大，測(cè)定的n值越小
a．缺少洗氣瓶B，會(huì)導(dǎo)致D中濃硫酸增重質(zhì)量偏大，計(jì)算出的n值偏大，故a正確；                    
b．缺少裝置E，濃硫酸具有吸水性，會(huì)導(dǎo)致裝置D中的質(zhì)量比實(shí)際增加的質(zhì)量偏高，計(jì)算出的n偏大，故b正確；
c．反應(yīng)后固體是鐵和少量Fe₂O₃，氧化鐵沒(méi)有完全反應(yīng)，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高，故c正確；
d．反應(yīng)后固體是鐵和少量Fe₂O₃•nH₂O，相當(dāng)于部分Fe₂O₃•nH₂O沒(méi)有反應(yīng)，不影響沉淀結(jié)果，故d錯(cuò)誤；
故答案為：abc；
（3）①實(shí)驗(yàn)③中反應(yīng)條件與實(shí)驗(yàn)①相比，只有溫度不同，實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)③探究的是溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響；實(shí)驗(yàn)④探究的是探究催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響，所以實(shí)驗(yàn)④中催化劑用量與反應(yīng)①不同，則催化劑為0，其它條件必須完全相同，
故答案為：

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/TD>	T/K	催化劑的 用量/g	C/（mol/L）
				KMnO4	H2C2O4
①
②
③	探究溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響
④		298	0	0.01

故答案為：

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/TD>	T/K	催化劑的 用量/g	C/（mol/L）
				KMnO4	H2C2O4
I
II
III	探究溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響
IV		298	0.0	0.01

②因顏色是由KMnO₄產(chǎn)生，雖然KMnO₄濃度大反應(yīng)快，但KMnO₄的量也多，故無(wú)法根據(jù)顏色變化比較反應(yīng)快慢，不經(jīng)過(guò)計(jì)算直接利用表中的褪色時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)判斷濃度大小與反應(yīng)速率的關(guān)系是不可行的；若想通過(guò)直接觀察褪色時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)判斷溶液濃度的大小，則必須保證KMnO₄酸性溶液的濃度和體積相同，草酸的體積相同，物質(zhì)的量濃度不同，即：取過(guò)量的體積相同、濃度不同的草酸溶液分別同時(shí)與體積相同、濃度相同的高錳酸鉀酸性溶液反應(yīng)，
故答案為：取過(guò)量的體積相同、濃度不同的草酸溶液分別同時(shí)與體積相同、濃度相同的高錳酸鉀酸性溶液反應(yīng)．
③高錳酸鉀溶液氧化草酸為二氧化碳，本身被還原為錳離子，結(jié)合原子守恒和電荷守恒配平得到KMnO₄酸性溶液與H₂C₂O₄溶液反應(yīng)的離子方程式為：2MnO₄_+5H₂C₂O₄+6H⁺=10CO₂↑+8 H₂O+2Mn²⁺，
故答案為：2MnO₄_+5H₂C₂O₄+6H⁺=10CO₂↑+8 H₂O+2Mn²⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)基本操作、反應(yīng)裝置的選擇，實(shí)驗(yàn)測(cè)定物質(zhì)成分的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素等知識(shí)，題目難度較大，注意根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)及反應(yīng)條件選擇反應(yīng)裝置，明確探究反應(yīng)速率快慢的方法．