Question

某校化学学习小组为了探究草酸（H₂C₂O₄）的化学性质，设计了如下实验：
Ⅰ．小组成员在做草酸溶液与酸性高锰酸钾溶液反应实验时发现，溶液褪色先慢后快．
（1）上述H₂C₂O₄溶液与酸性KMnO₄溶液反应的离子方程为

 

．
（2）为了探究此反应速率由小变大的原因，甲同学做了如下实验（表中“一”表示未加入该试剂）．

实验 编号	反应温度 （利用水浴加热）	稀硫酸 溶液	MnSO4固体	0.10mol/L KMnO4溶液	褪色 时间
1	750℃	----	---	1mL	1OOs
2	750℃	10滴	----	1mL	40s
3	750℃	10滴	加入少许	1mL	3s

甲同学由此能够得出结论：
Ⅱ．乙同学查资料得知“菠菜中富含可溶性草酸盐和碳酸盐”，决定用实验验证这一事实并检测草酸盐含量．进一步查阅资料得知，草酸（H₂C₂O₄）是酸性强于醋酸的二元弱酸，对应的钙盐（CaC₂O₄）不溶于醋酸，能溶于强酸．
（1）他将菠菜研磨成汁、热水浸泡、过滤得到溶液，调节溶液呈弱碱性，加入足量的CaCl₂溶液，产生白色沉淀，过滤、洗涤沉淀备用，对生成的沉淀进行探究．
①提出合理假设：
假设1：只存在CaCO₃；   
假设2：既存在CaCO₃，也存在CaC₂O₄；
假设3：

 

．
②基于假设2，设计实验方案，进行实验．请写出实验步骤以及预期现象和结论．
限选实验试剂：1mol?L^-1 H₂SO₄、1mol?L^-1 HCl、0.1mol?L^-1 NaOH、1mol?L^-1 CaCl₂、0.01mol?L^-1 KMnO₄、澄清石灰水．

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：
步骤2：

（2）欲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，溶液转入100mL容量瓶中加水配制成100mL溶液．每次移取25.00mL该溶液，用0.0100mol?L^-1KMnO₄标准溶液滴定，滴定实验重复操作2-3次．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

 

．（只列式不计算，已知：C₂O₄^2-的摩尔质量为88g?mol^-1）
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，原因是

 

．

Answer 1

分析：Ⅰ、（1）高锰酸钾溶液具有氧化性能氧化草酸为二氧化碳，依据原子守恒和电荷守恒配平书写离子方程式；
（2）分析图表数据，随着草酸溶液与高锰酸钾溶液反应的进行，生成了Mn²⁺，Mn²⁺作为该反应的催化剂，加入少许硫酸锰可加快化学反应速率；
Ⅱ、（1）①依据假设和成分分析判断；
②利用盐酸和碳酸钙反应生成二氧化碳气体能使澄清石灰水变浑浊验证碳酸钙的存在，加入的酸溶解生成的草酸和高锰酸钾溶液反应使溶液褪色来设计实验进行验证草酸钙的存在；
（2）②依据化学反应的离子方程式定量关系计算；
③高锰酸钾具有强氧化性，菠菜中可能含有奇谈还原性物质．

解答：解：I．（1）高锰酸钾溶液具有氧化性能氧化草酸为二氧化碳，依据原子守恒和电荷守恒配平书写离子方程式为：5H₂C₂O₄+2MnO₄-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：5H₂C₂O₄+2MnO₄-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（2）图表中高锰酸钾溶液加热褪色时间较长，加入稀硫酸褪色时间缩短说明生成的锰离子对分解起了催化作用，加入少许硫酸锰速率增大较快，反应需要的时间缩短，
故答案为：随着草酸溶液与高锰酸钾溶液反应的进行，生成了Mn²⁺，Mn²⁺作为该反应的催化剂，可加快化学反应速率；
II．（1）①依据假设1、假设2可知假设3为只存在草酸钙，故答案为：只存在CaC₂O₄；
②假设2：既存在CaCO₃，也存在CaC₂O₄，设计实验方案，进行实验先检验碳酸钙的存在，再利用加入的酸溶解生成的草酸和高锰酸钾溶液反应使溶液褪色来设计实验进行验证，取少量沉淀于试管中，加入足量1 mol?L^-1 HCl，将产生的气体通入澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊，说明菠菜中含有碳酸盐，向步骤1得到的溶液中滴加几滴0.01 mol?L^-1 KMnO₄溶液紫红色褪去，说明菠菜中含有草酸盐，
故答案为：

取少量沉淀于试管中，加入足量1 mol?L-1 HCl，将产生的气体通入澄清石灰水中	澄清石灰水变浑浊，说明菠菜中含有碳酸盐
向步骤1得到的溶液中滴加几滴0.01 mol?L-1 KMnO4	溶液紫红色褪去，说明菠菜中含有草酸盐

（2）②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，溶液转入100mL容量瓶中加水配制成100mL溶液．每次移取25.00mL该溶液，用0.0100mol?L^-1KMnO₄标准溶液滴定，滴定实验重复操作2-3次．平均消耗标准溶液V mL，依据反应的离子方程式计算草酸物质的量为x：
    5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
     5        2
     x      0.0100mol/L×v×10^-3L
故答案为：

0.0100×10-3×5×100×88×V

2×25.00×m

×100%；  
③用标准KMnO₄溶液直接滴定菠菜研磨、浸泡、过滤得到的溶液中可能含有其他还原性物质会消耗高锰酸钾，导致结果可能偏高，
故答案为：菠菜中还含有其他还原性物质，能与KMnO₄反应．

点评：本题考查了物质性质的实验设计和实验分析判断，定量测定实验的设计和计算应用，掌握实验基础和物质性质是解题关键，题目难度中等．