Question

以下是某学习小组对乙二酸的某些性质进行研究性学习的过程：
【研究课题】探究乙二酸的某些性质
【查阅资料】乙二酸（HOOC-COOH）俗称草酸，草酸晶体的化学式为H₂C₂O₄?2H₂O；草酸在100℃时开始升华，157℃时大量升华，并开始分解；草酸蒸气在低温下可冷凝为固体；草酸钙不溶于水，草酸蒸气能使澄清石灰水变浑浊．
【提出猜想】
猜想一：乙二酸具有不稳定性
根据草酸晶体的组成，该小组同学猜想其受热分解产物为CO、CO₂和H₂O．
设计方案：
（1）请用下列装置组成一套探究并验证其产物的实验装置（草酸晶体分解装置略，连接导管略去）．

请回答下列问题：
①装置的连接顺序为：A→

 

→D→

 

→B→D
②检验产物中CO的实验现象是

 

．
③整套装置存在不合理之处为

 

．
猜想二：乙二酸具有弱酸性
设计方案：
（2）该小组同学为验证草酸具有弱酸性设计了下列实验，其中能达到实验目的是

 

（填字母）．
A．将草酸晶体溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色
B．测定相同浓度的草酸和硫酸溶液的pH
C．测定草酸钠（Na₂C₂O₄）溶液的pH
D．将草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出
（3）该小组同学将2.52g草酸晶体（H₂C₂O₄?2H₂O）加入到100mL 0.2mol/L的NaOH溶液中充分反应，使用pH计测定反应后溶液，结果呈酸性，则溶液中各离子的浓度由大到小的顺序为

 

．
猜想三：乙二酸具有还原性
设计方案：
（4）该小组同学向用硫酸酸化的KMnO₄溶液中滴入过量的草酸溶液，发现酸性KMnO₄溶液褪色，从而判断草酸具有较强的还原性．该反应的离子方程式为

 

．
（5）该小组同学查阅资料得知“菠菜中富含可溶性草酸盐和碳酸盐”，利用上述原理准确测定菠菜中草酸盐含量，回答有关问题：
①操作：取mg菠菜样品，将其中草酸盐转化为CaC₂O₄沉淀分离出来，用盐酸溶解后，将溶液转入容量瓶中加水配制成100mL溶液．每次用酸式滴定管移取25.00mL该溶液，用0.0100mol?L^-1KMnO₄标准溶液滴定，平均消耗标准溶液V mL．
②计算：菠菜中草酸盐（以C₂O₄^2-计）的质量分数为

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）①猜想其产物为CO、CO₂和H₂O，草酸在100℃时开始升华，157℃时大量升华，并开始分解．草酸钙不溶于水、草酸蒸气能使澄清石灰水变浑浊、草酸蒸气在低温下可冷凝为固体，分析可知先冷凝挥发出的草酸，再检验水蒸气的生成，检验二氧化碳的生成，并除去二氧化碳，再通过灼热的氧化铜检验一氧化碳气体的存在，利用反应后生成的二氧化碳通入澄清石灰水变浑浊证明一氧化碳的存在；
②检验产物中CO的实验现象是C中黑色氧化铜变红色，生成了澄清石灰水变浑浊的气体；
③一氧化碳有毒，会污染空气，需要吸收处理装置；
（2）证明草酸具有弱酸性，需要证明草酸在溶液中部分电离，存在电离平衡；
（3）2.52g草酸晶体（H₂C₂O₄?2H₂O）的物质的量为：

2.52g

126g/mol

=0.02mol，100mL 0.2mol/L的NaOH溶液中含有0.02mol氢氧化钠，两者正好1：1反应生成NaHC₂O₄，溶液显酸性说明HC₂O₄^-的电离程度大于其水解程度，可得离子浓度间的大小关系；
（4）依据氧化还原反应元素化合价变化和电子守恒、原子守恒配平得到反应的离子方程式；
（5）②依据高锰酸钾和草酸反应的定量关系，结合消耗高锰酸钾溶液的体积和浓度计算物质的量，得到草酸物质的量，计算出菠菜中草酸盐（以C₂O₄^2-计）的质量分数．

解答： 解：（1）①分解产物为CO、CO₂和H₂O，检验时应该先用无水硫酸铜检验水蒸气，然后用澄清石灰水检验二氧化碳，最后用加热的CuO和澄清石灰水检验CO，所以仪器的连接顺序为：A→C→D→E→B→D，
故答案为：CE；
②当装置B中黑色固体变成红色，且装置D澄清石灰水变浑浊，则证明混合气体中含有CO，
故答案为：黑色固体变成红色，且澄清石灰水变浑浊；
③一氧化碳有毒污染空气，需要吸收处理装置，一氧化碳尾气的处理方法为点燃，操作时将气体通到酒精灯火焰上燃烧，
故答案为：没有一氧化碳尾气处理装置；
（2）A．将草酸晶体溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，只能说明酸碱反应，不能说明草酸是弱酸，故A错误；
B．草酸和硫酸都是二元酸，测定相同浓度的草酸和硫酸溶液的pH，若不同PH大的为草酸证明存在电离平衡，故B正确；
C．测定草酸钠（Na₂C₂O₄）溶液的pH，若显碱性，证明草酸根离子水解，证明草酸是弱酸，故C正确；
D．将草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，只能说明草酸酸性大于碳酸，但不能证明草酸是弱酸，故D错误；
故选BC．
（3）2.52g草酸晶体（H₂C₂O₄?2H₂O）的物质的量为：

2.52g

126g/mol

=0.02mol，100mL 0.2mol/L的NaOH溶液中含有0.02mol氢氧化钠，草酸与氢氧化钠恰好按照物质的量1：1反应生成NaHC₂O₄，溶液显酸性说明HC₂O₄^-的电离程度大于其水解程度，而溶液中还存在着水的电离，则c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-），由于离子的电离程度较小，则有c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺），故离子浓度大小顺序为：c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）；
（4）根据氧化还原反应方程式的配平原则：锰元素化合价+7价变化为+2价，电子转移5，草酸中碳元素化合价+3价变化为+4价，得失电子守恒、质量守恒和电荷守恒配平该反应的离子方程式为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（5）②用0.0100mol?L^-1KMnO₄标准溶液滴定，平均消耗标准溶液V mL，则高锰酸钾的物质的量为：0.0100mol/L×V×10^-3L=V×10^-5mol，根据反应2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，100mL该样品溶液中含有的醋酸根离子的物质的量为：

5

2

×V×10^-5mol×

100mL

25mL

=V×10^-4mol，V×10^-4mol×88g/mol=8.8V×10^-3g，
该草酸晶体样品中H₂C₂O₄?2H₂O的质量分数为：

8.8V×10-3g

mg

×100%=

0.88V

m

%，
故答案为：

0.88V

m

%；

点评：本题考查了性质实验方案设计的方法，涉及化学实验、氧化还原反应、离子反应及电解质溶液中粒子行为和化学计算相关知识，题目难度较大，注意掌握探究物质性质实验方案设计的方法，明确物质性质及实验操作方法为解答关键，试题有利于提高学生的分析、理解能力及化学实验能力．