Question

19．为了探究乙二酸的不稳定性，弱酸性和还原性．某化学兴趣小组设计了如下实验．
【查阅资料】乙二酸俗称草酸，草酸晶体（H₂C₂O₄•2H₂O）在100°C时开始升华，157°C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．
【实验设计】
I．乙二酸的不稳定性：
根据草酸晶体的组成，猜想其受热分解产物为CO、CO₂和H₂O．
（1）请用下列装置组成一套探究并验证其产物的实验装置，请回答下列问题：

①装置的连接顺序为：A→B→D→G→F→E→C→G；
②装置中冰水混合物的作用是除去草酸蒸气，防止干扰实验；
③能证明产物中CO的实验现象是黑色固体变成红色，且澄清的石灰水变浑浊；
④从环境保护角度看上述装置中存在的不合理之处为没有CO尾气处理装置．
II．乙二酸的弱酸性：该小组同学为验证草酸性质需0.1mol•L^-1的草酸溶液480mL．
（2）配制该溶液需要草酸晶体6.3g．
（3）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BD．
A．将草酸晶体溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色
B．测定0.1mol•L^-1草酸溶液的pH
C．将草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出
D．测定草酸钠溶液的pH
（4）该小组同学将0.1mol•L^-1草酸溶液和0.1mol•L^-1的NaOH等体积混合后，测定反应后溶液呈酸性，则所得溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）．
III．乙二酸的还原性：
（5）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2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（6）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m g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（QUOTE计）的质量分数为$\frac{0.88V}{m}$%．
③讨论：用标准KMnO₄溶液直接滴定菠菜研磨、浸泡、过滤得到的溶液结果可能偏高，如果不考虑操作引起的误差，原因很可能是溶液中可能含有其他还原性物质会消耗高锰酸钾．

Answer 1

分析 （1）猜想其受热分解产物为CO₂、CO和H₂O，草酸晶体（H₂C₂O₄•2H₂O）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，所以生成的气体中含有草酸蒸气，应该检验生成产物成分时除去草酸，因为检验二氧化碳需要氢氧化钙溶液，溶液中含有水分，所以要先用无水硫酸铜检验水蒸气；用CuO检验CO，CO生成二氧化碳，为防止CO生成的CO₂干扰产物中CO₂的检验，所以要先检验CO₂、后检验CO；
（2）配制480mL0.1mol•L^-1的草酸溶液需要500mL容量瓶，则需要草酸晶体质量=cVM=0.1mol/L×0.5L×126g/mol；
（3）A．将草酸晶体溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，说明草酸具有酸性；
B．测定0.1molL^-1草酸溶液的pH，根据氢离子浓度和草酸浓度相对大小判断电解质强弱；
C．将草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，说明草酸酸性大于碳酸；
D．测定草酸钠溶液的pH，根据溶液酸碱性判断草酸酸性强弱；
（4）二者恰好反应生成NaHC₂O₄，混合溶液呈酸性，则c（H⁺）＞c（OH^-），Na⁺不水解、HC₂O₄^-水解，则c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-），溶液呈酸性说明HC₂O₄^-电离程度大于水解程度，据此判断离子浓度大小；
（5）酸性条件下，KMnO₄具有强氧化性，酸性KMnO₄溶液和草酸发生氧化还原反应而使酸性高锰酸钾溶液褪色，Mn元素化合价由+7价变为+2价，则C元素生成稳定氧化物CO₂，根据转移电子相等、原子守恒、电荷守恒书写方程式；
（6）①计算出配制的100mL样品溶液会消耗高锰酸钾溶液的体积，再根据n=cV计算出消耗高锰酸钾的物质的量，然后根据反应2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O计算出样品中含有草酸钙的物质的量，最后计算出样品中草酸钙的质量分数；
②测定结果偏高，说明消耗的酸性高锰酸钾溶液体积偏大，如果不考虑操作引起的误差，则说明溶液中可能含有其它还原性的物质．

解答 解：（1）①猜想其受热分解产物为CO₂、CO和H₂O，草酸晶体（H₂C₂O₄•2H₂O）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，所以生成的气体中含有草酸蒸气，应该检验生成产物成分时除去草酸，因为检验二氧化碳需要氢氧化钙溶液，溶液中含有水分，所以要先用无水硫酸铜检验水蒸气；用CuO检验CO，CO生成二氧化碳，为防止CO生成的CO₂干扰产物中CO₂的检验，所以要先检验CO₂、后检验CO，用B冷却得到草酸晶体、用C氧化CO、用D检验水、用E干燥CO、用F吸收二氧化碳、用G检验二氧化碳，所以其排列顺序是A→B→D→G→F→E→C→G，故答案为：D；G；
②冰水混合物的作用是除去产物中草酸蒸气，防止干扰实验，
故答案为：除去草酸蒸气，防止干扰实验；
③CO具有还原性，能还原CuO生成Cu，生成的二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，则能证明含有CO的现象是：黑色固体变成红色，且澄清的石灰水变浑浊，
故答案为：黑色固体变成红色，且澄清的石灰水变浑浊；
④CO有毒，不能直接排空，所以要有尾气处理装置，
故答案为：没有CO尾气处理装置；
（2）配制480mL0.1mol•L^-1的草酸溶液需要500mL容量瓶，则需要草酸晶体质量=cVM=0.1mol/L×0.5L×126g/mol=6.3g，
故答案为：6.3；
（3）A．将草酸晶体溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，说明草酸具有酸性，但不能说明草酸部分电离，所以不能证明草酸是弱酸，故A错误；
B．测定0.1molL^-1草酸溶液的pH，如果溶液中氢离子浓度小于草酸浓度的2倍，就说明草酸部分电离为弱电解质，故B正确；
C．将草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，说明草酸酸性大于碳酸，但不能说明草酸部分电离，则不能证明草酸是弱酸，故C错误；
D．测定草酸钠溶液的pH，如果草酸钠是强酸强碱盐，溶液呈中性，如果草酸钠是弱酸强碱盐，溶液呈碱性，所以能证明草酸是否是弱电解质，故D正确；
故答案为：BD；
（4）二者恰好反应生成NaHC₂O₄，混合溶液呈酸性，则c（H⁺）＞c（OH^-），Na⁺不水解、HC₂O₄^-水解，则c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-），溶液呈酸性说明HC₂O₄^-电离程度大于水解程度，所以溶液中c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-），溶液呈酸性则c（OH^-）浓度最小，则溶液中离子浓度大小顺序是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^-）；
（5）酸性条件下，KMnO₄具有强氧化性，酸性KMnO₄溶液和草酸发生氧化还原反应而使酸性高锰酸钾溶液褪色，Mn元素化合价由+7价变为+2价，则C元素生成稳定氧化物CO₂，根据转移电子相等、原子守恒、电荷守恒书写方程式为2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（6）②配制的100mL样品溶液会消耗高锰酸钾溶液的体积为VmL×$\frac{100mL}{25mL}$=4VmL，消耗高锰酸钾的物质的量为：0.0100mol•L^-1×4V×10^-3L=4V×10^-5mol，根据反应2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，mg样品中含有草酸钙的物质的量为：4V×10^-5mol×$\frac{5}{2}$=V×10^-4mol，菜中草酸钙的质量分数为：$\frac{88g/mol×V×1{0}^{-4}mol}{mg}$×100%=$\frac{0.88V}{m}$%，
故答案为：$\frac{0.88V}{m}$%；
③用标准KMnO₄溶液直接滴定菠菜研磨、浸泡、过滤得到的溶液结果可能偏高，如果不考虑操作引起的误差，则溶液中可能含有其他还原性物质会消耗高锰酸钾，导致测定结果偏高，
故答案为：溶液中可能含有其他还原性物质会消耗高锰酸钾．

点评 本题考查性质实验方案设计，为高频考点，题目难度中等，涉及氧化还原反应、离子浓度大小比较、弱电解质的判断、溶液配制、实验操作先后顺序判断等知识点，明确物质的性质及实验原理是解本题关键，难点是（1）中物质检验先后顺序，易错点是（2）的计算，注意应该配制500mL溶液而不是480mL溶液．