Question

【題目】某學(xué)習(xí)小組同學(xué)在用高錳酸鉀做實(shí)驗(yàn)時(shí)不慎沾到手上，導(dǎo)致皮膚變成了棕褐色，老師提供草酸溶液給同學(xué)洗手，棕褐色立刻消失。同學(xué)對(duì)草酸產(chǎn)生了興趣，經(jīng)請(qǐng)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(xué)對(duì)生成物中碳的氧化物的種類進(jìn)行了如下探究。

（提出問(wèn)題）草酸受熱分解的生成物中有哪幾種碳的氧化物？

（進(jìn)行猜想）猜想1：只有CO 猜想2：只有CO2 猜想3：同時(shí)含有CO和CO2。

（查閱資料）

①一氧化碳不能與澄清石灰水反應(yīng)。

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(shí)驗(yàn)探究）同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)觀察到裝置A中的現(xiàn)象為___，說(shuō)明草酸的分解產(chǎn)物中有CO2氣體存在。

(2)為了實(shí)驗(yàn)安全，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始應(yīng)先通一會(huì)兒氣體，再___，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，觀察到C中現(xiàn)象是___，由此得出草酸分解產(chǎn)物有CO氣體存在。同學(xué)甲認(rèn)為，該套裝置存在明顯的缺陷，你的改進(jìn)方法是___。

(3)裝置C中直玻璃管內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___。

（實(shí)驗(yàn)結(jié)論）(4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可得到的結(jié)論是猜想3正確。請(qǐng)寫(xiě)出草酸在濃酸的催化下，受熱分解的化學(xué)方程式：___。

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

（定量計(jì)算）(6)測(cè)定高錳酸鉀樣品中高錳酸鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(高錳酸鉀樣品中含少量雜質(zhì))。同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖2的實(shí)驗(yàn)裝置，取1g高錳酸鉀固體樣品放于試管中，實(shí)驗(yàn)中將注射器內(nèi)的草酸溶液(足量)完全注入試管中。當(dāng)試管中不再產(chǎn)生氣泡時(shí)讀數(shù)得到量筒中水的體積為330毫升。已知實(shí)驗(yàn)條件下二氧化碳的密度為2g/L。計(jì)算該樣品中高錳酸鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)___。(寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程)

（實(shí)驗(yàn)反思）(7)圖2中水面上方封了一層植物油，目的是___。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)習(xí)小組的同學(xué)對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了反思，同學(xué)乙認(rèn)為用該裝置測(cè)得的樣品中高錳酸鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，你認(rèn)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(dǎo)管口放一個(gè)點(diǎn)燃的酒精燈或綁一個(gè)氣球(合理即可) CO+CuOCu+CO2 H2C2O4CO2+CO+H2O 高錳酸鉀(或KMnO4) 根據(jù)此裝置可知：量筒內(nèi)的水的體積為產(chǎn)生的氣體的體積，因此產(chǎn)生的二氧化碳的體積為330mL。實(shí)驗(yàn)條件下二氧化碳的密度為2g/L，則二氧化碳的質(zhì)量為：2g/L×0.33L=0.66g。

設(shè)高錳酸鉀的質(zhì)量為x。

故高錳酸鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：。 防止二氧化碳溶于水 加入的草酸溶液占據(jù)了試管內(nèi)的部分體積，使測(cè)得的二氧化碳的體積偏大

【解析】

（1）結(jié)論是草酸的分解產(chǎn)物中有CO2氣體存在，則裝置A澄清石灰水中會(huì)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(nèi)的空氣完全排盡再點(diǎn)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(huì)與氧化銅粉末發(fā)生反應(yīng)，因此C裝置可觀察到黑色的固體變紅這一現(xiàn)象。通過(guò)觀察整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)現(xiàn)并無(wú)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(diǎn)燃，因此可在D裝置后放置一盞點(diǎn)燃得酒精燈或套一個(gè)氣球收集CO。

（3）裝置C是氧化銅被還原，化學(xué)方程式為：CO+CuOCu+CO2。

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

（5）草酸中，H元素化合價(jià)為+1價(jià)，O元素化合價(jià)為-2價(jià)，根據(jù)化學(xué)式中化合價(jià)代數(shù)和為0可知C元素的化合價(jià)為+3價(jià)。高錳酸鉀中，K為+1價(jià)，O為-2價(jià)，因此Mn元素的化合價(jià)為+7價(jià)。反應(yīng)后，C元素化合價(jià)升高至+4價(jià)，Mn元素化合價(jià)降低到+4價(jià)，因此氧化劑為KMnO4。

（6）根據(jù)此裝置可知：量筒內(nèi)的水的體積為產(chǎn)生的氣體的體積，因此產(chǎn)生的二氧化碳的體積為330mL。實(shí)驗(yàn)條件下二氧化碳的密度為2g/L，則二氧化碳的質(zhì)量為：2g/L×0.33L=0.66g。

設(shè)高錳酸鉀的質(zhì)量為x。

故高錳酸鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：。

（7）產(chǎn)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(shí)驗(yàn)中將注射器A中的草酸溶液擠壓進(jìn)入試管內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致試管內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大，造成實(shí)驗(yàn)誤差，則答案為：加入的草酸溶液占據(jù)了試管內(nèi)的部分體積，使測(cè)得的二氧化碳的體積偏大。