Question

【題目】草酸(H2C2O4)是一種重要的有機(jī)化工原料，為探究草酸的制取和草酸的性質(zhì)，進(jìn)行如下實驗：

實驗Ⅰ：實驗室用硝酸氧化淀粉水解液法制備草酸，裝置如圖所示：

①一定量的淀粉水解液加入三勁燒瓶中

②控制反應(yīng)溫度55～60℃，邊攪拌邊緩慢滴加一定量的混合酸(65%的H2SO4與98%的H2SO4的質(zhì)量比為2：1.25)

③反應(yīng)3小時，冷卻，有隨后再重結(jié)晶得到草酸晶體硝酸氧化淀粉水解液的反應(yīng)為：C6H12O6+12HNO3=3H2C2O4+9NO2↑+3NO↑+9H2O

(1)裝置B的作用是 ______

(2)如何檢驗該裝置的氣密性： ______

(3)要控制反應(yīng)溫度55～60℃，應(yīng)選擇加熱的方式是 ______，C裝置中應(yīng)加入 ______溶液。

實驗Ⅱ：探究草酸與酸性高錳酸鉀的反應(yīng)

(4)向草酸溶液中逐滴加硫酸酸化的高錳酸鉀溶液時，可觀察到溶液由紫紅色變?yōu)榻�乎無色，寫出上述反應(yīng)的離子方程式：______

(5)學(xué)習(xí)小組的同學(xué)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向草酸溶液中逐滴加入硫酸酸化的高錳酸鉀溶液時，溶液褪色總是先慢后快，為探究其原因，同學(xué)們做了如下對比實驗：

實驗序號	H2C2O4(aq)		KMnO4(H+)(aq)		MnSO4(s) 質(zhì)量(g)	褪色時間(g)
	c(mol/L)	V(mL)	c(mol/L)	V(mL)
實驗1	0.1	2	0.01	4	0	30
實驗2	0.1	2	0.01	4	5	4

由此你認(rèn)為溶液褪色總是先慢后快的原因是 ______

(6)為測定上述實驗中得到草酸的純度，取5.0 g該草酸樣品，配制成250 mL溶液，然后取25.00 mL此溶液溶于錐形瓶中，將0.10 mol/L酸性KMnO4溶液裝在 ______(填儀器名稱)中進(jìn)行滴定，達(dá)到滴定終點時的現(xiàn)象是 ______，若消耗酸性KMnO4溶液體積為20.00 mL，則該草酸樣品的純度為 ______。

Answer 1

【答案】安全瓶(或防止C中液體倒吸進(jìn)A中) 關(guān)閉裝置A中分液漏斗甲的活塞，將C中導(dǎo)管口插入燒杯中的水中，用酒精燈稍微加熱三頸燒瓶，若導(dǎo)管口產(chǎn)生氣泡，冷卻后，導(dǎo)管中產(chǎn)生一段穩(wěn)定的水柱，就證明裝置氣密性良好 水浴加熱 NaOH 5H2C2O4+6H++2MnO4-=2Mn2++10CO2↑+8H2O 生成的Mn2+對此反應(yīng)起催化劑的作用 酸式滴定管 溶液由無色變?yōu)樽仙�，且半分鐘不褪�?/span>

【解析】

I.淀粉在硫酸存在和加熱條件下發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生葡萄糖，葡萄糖與濃硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生草酸，同時反應(yīng)產(chǎn)生NO、NO2氣體，裝置B為安全瓶，可以防止NO、NO2氣體被NaOH溶液吸收時產(chǎn)生的倒吸現(xiàn)象的發(fā)生；

II.草酸具有還原性，可以被酸性高錳酸鉀溶液氧化為CO2氣體，酸性高錳酸鉀被還原為無色Mn2+；因此會看到溶液有紫色變?yōu)闊o色，若滴定完全，溶液會變?yōu)樽仙�，半分鐘�?nèi)不褪色；根據(jù)對比實驗的異同，結(jié)合影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析速率變化的原因；根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的性質(zhì)判斷儀器的使用，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子守恒計算物質(zhì)純度。

(1)反應(yīng)中生成的NO2、NO能夠與NaOH溶液反應(yīng)生成NaNO2，容易發(fā)生倒吸現(xiàn)象，裝置B為安全瓶，可以防止C中液體倒吸入反應(yīng)裝置A中；

(2)檢驗該裝置的氣密性方法為：關(guān)閉A裝置中分液漏斗甲的活塞，將C中導(dǎo)管口插入燒杯中的水中，用酒精燈稍微加熱三頸燒瓶，若導(dǎo)管口產(chǎn)生氣泡，冷卻后，導(dǎo)管中產(chǎn)生一段穩(wěn)定的水柱，就證明裝置氣密性良好；

(3)要控制反應(yīng)溫度55～60℃，應(yīng)選擇加熱的方式是水浴加熱；反應(yīng)生成的氣體為NO2、NO，二者都是有毒氣體，需要使用尾氣吸收裝置，NO2、NO能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaNO2，所以C中的液體可以為NaOH溶液；

(4)酸性高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，草酸能夠被氧化為二氧化碳，導(dǎo)致酸性高錳酸鉀溶液褪色，反應(yīng)的離子方程式為：5H2C2O4+6H++2MnO4-=2Mn2++10CO2↑+8H2O；

(5)通過兩組實驗比較知，其它條件相同，試驗2中加入硫酸錳，其反應(yīng)時間短，說明反應(yīng)速率快，從而證明反應(yīng)生成的Mn2+有催化作用，加快了反應(yīng)速率；

(6)酸性高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，會腐蝕堿式滴定管的橡膠管，所以不能用堿式滴定管盛放，應(yīng)該選用酸式滴定管盛放酸性高錳酸鉀溶液；滴定過程中，高錳酸根離子完全反應(yīng)變?yōu)?/span>Mn2+，溶液為無色，草酸完全反應(yīng)后，高錳酸根離子過量，使溶液呈紫色，所以滴定終點的現(xiàn)象為：溶液由無色變?yōu)樽仙�，且半分鐘不褪色�?/span>20 mL0.1 mol/L的高錳酸鉀的物質(zhì)的量n(KMnO4)=c·V=0.1 mol/L×0.02 L=0.002 mol，根據(jù)反應(yīng)55H2C2O4+6H++2MnO4-=2Mn2++10CO2↑+8H2O可知，5.0 g該草酸樣品中含有草酸的物質(zhì)的量n(H2C2O4)=0.002 mol××=0.002 mol××=0.05 mol，所以該樣品中草酸的純度為：×100%=90%。