Question

以下是某學習小組對乙二酸的某些性質進行研究性學習的過程：
【研究課題】探究乙二酸的某些性質
【查閱資料】乙二酸（HOOC-COOH）俗稱草酸，其主要物理常數如下：

名稱	乙二酸	乙二酸晶體
分子式	H2C2O4	H2C2O4?2H2O
顏色狀態	無色固體	無色晶體
溶解度（g）	8.6（20℃）	-
熔點（℃）	189.5	101.5
密度（g?cm-3）	1.900	1.650

又知：
①草酸在100℃時開始升華，157℃時大量升華，并開始分解．
②草酸鈣不溶于水．
③草酸蒸氣能使澄清石灰水變渾濁．
④草酸蒸氣在低溫下可冷凝為固體．
根據上述材料提供的信息，回答下列問題：
【提出猜想】
（猜想一）根據草酸晶體的組成對其分解產物進行猜想
設計方案：
（1）該小組同學猜想其產物為CO、CO₂和H₂O，請用下列裝置組成一套探究實驗裝置（草酸晶體分解裝置略，裝置可重復使用，連接導管略去）．

A中水槽裝冰水混合物、B中裝氧化銅、C中裝無水硫酸銅，D中裝澄清石灰水、E中裝堿石灰
請回答下列問題：
①裝置的連接順序為：A→

 

．
②檢驗產物中CO的實驗現象是

 

．
③整套裝置是否存在不合理之處，

 

（填是或否），若有該如何解決

 

 

．
（猜想二）乙二酸具有弱酸性
設計方案：
（2）該小組同學為驗證草酸具有弱酸性設計了下列實驗，其中能達到實驗目的是

 

（填字母）．
A．將草酸晶體溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色
B．測定相同濃度的草酸和硫酸溶液的pH
C．測定草酸鈉（Na₂C₂O₄）溶液的pH
D．將草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出
（猜想三）乙二酸具有還原性
設計方案：
（3）該小組同學向用硫酸酸化的KMnO₄溶液中滴入過量的草酸溶液，發現酸性KMnO₄溶液褪色，從而判斷草酸具有較強的還原性．配平該反應的離子方程式：

 

 MnO₄^-+

 

H₂C₂O₄+

 

H⁺═

 

Mn²⁺+

 

CO₂↑+

 

H₂O
（4）利用上述原理可定量測定某草酸晶體樣品（含有H₂C₂O₄?2H₂O及其它一些雜質）中H₂C₂O₄?2H₂O的含量．
方法是：稱取該樣品0.12g，加適量水完全溶解，然后用0.020mol?L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定至終點（雜質不參與反應），滴定前后滴定管中的液面讀數如圖所示（單位：mL），則該草酸晶體樣品中H₂C₂O₄?2H₂O的質量分數為

 

．（已知相對原子質量：Mr（H₂C₂O₄?2H₂O）=126）

Answer 1

分析：（1）①猜想其產物為CO、CO₂和H₂O，草酸在100℃時開始升華，157℃時大量升華，并開始分解．草酸鈣不溶于水、草酸蒸氣能使澄清石灰水變渾濁、草酸蒸氣在低溫下可冷凝為固體，分析可知先冷凝揮發出的草酸，再檢驗水蒸氣的生成，檢驗二氧化碳的生成，并除去二氧化碳，再通過灼熱的氧化銅檢驗一氧化碳氣體的存在，利用反應后生成的二氧化碳通入澄清石灰水變渾濁證明一氧化碳的存在；
②檢驗產物中CO的實驗現象是C中黑色氧化銅變紅色，生成了澄清石灰水變渾濁的氣體；
③裝置存在缺陷，一氧化碳有毒污染空氣，需要吸收處理裝置；
（2）證明草酸具有弱酸性需要證明草酸溶液中 存在電離平衡；
（3）依據氧化還原反應元素化合價變化和電子守恒、原子守恒配平得到反應的離子方程式；
（4）依據高錳酸鉀和草酸反應的定量關系，結合消耗高錳酸鉀溶液的體積和濃度計算物質的量，得到草酸物質的量，計算樣品中的含量；

解答：解：（1）①猜想其產物為CO、CO₂和H₂O，草酸在100℃時開始升華，157℃時大量升華，并開始分解．草酸鈣不溶于水、草酸蒸氣能使澄清石灰水變渾濁、草酸蒸氣在低溫下可冷凝為固體，分析可知先冷凝揮發出的草酸，再檢驗水蒸氣的生成，檢驗二氧化碳的生成，并除去二氧化碳，再通過灼熱的氧化銅檢驗一氧化碳氣體的存在，利用反應后生成的二氧化碳通入澄清石灰水變渾濁證明一氧化碳的存在；裝置連接順序為：A→C→D→E→B→D；
故答案為：A→C→D→E→B→D；
②檢驗產物中CO的實驗現象是，一氧化碳還原C中黑色氧化銅變為紅色的銅，同時生成了使澄清石灰水變渾濁的氣體二氧化碳；
故答案為：黑色固體變成紅色，且澄清石灰水變渾濁；
③裝置存在缺陷，一氧化碳有毒污染空氣，需要吸收處理裝置，一氧化碳尾氣的處理方法為點燃，操作時將氣體通到酒精燈火焰上燃燒；
故答案為：是，無尾氣處理裝置，將尾氣通到燃著的酒精燈上；
（2）A．將草酸晶體溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，只能說明酸堿反應，不能說明草酸是弱酸，故A不符合；
B．草酸和硫酸都是二元酸，測定相同濃度的草酸和硫酸溶液的pH，若不同PH大的為草酸證明存在電離平衡，故B符合；
C．測定草酸鈉（Na₂C₂O₄）溶液的pH，若顯堿性，證明草酸根離子水解，證明草酸是弱酸，故C符合；
D．將草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，只能說明草酸酸性大于碳酸，但不能證明草酸是弱酸，故D不符合；
故選BC．
（3）根據氧化還原反應方程式的配平原則：錳元素化合價+7價變化為+2價，電子轉移5，草酸中碳元素化合價+3價變化為+4價，得失電子守恒、質量守恒和電荷守恒配平該反應的離子方程式，：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
故答案為：2、5、6、2、10、8；
（4）滴定管讀數為開始是2.50ml，滴定后18.50ml，消耗高錳酸鉀溶液體積為：18.50ml-2.5ml=16.00ml；
    2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
   2                    5
0.020mol?L^-1×0.0160L   0.0008mol
該草酸晶體樣品中H₂C₂O₄?2H₂O的質量分數=

0.0008mol×126g/mol

0.12g

×100%=84.0%；
故答案為：84.0%；

點評：本題考查了物質性質的實驗設計和分析，定量計算測定含量的實驗和計算應用，弱電解質定量平衡的判斷，題目難度中等．