Question

15．為驗證MnO₂在KClO₃受熱分解制0₂的反應前后質量不變，某興趣小組利用如圖所示裝置進行了如下實驗：
（1）連接好裝置后，如何檢查裝置的氣密性？手握導管，看插入水中的導管口是否有氣泡產(chǎn)生，如果有氣泡產(chǎn)生，且手離開試管后水能夠倒流入導管口形成一段水柱，一段時間內(nèi)高度不變，則證明裝置氣密性好．
（2）取2.45gKC10₃ 固體粉末與0.87g Mn0₂粉末充分混勻，置于如圖所示裝置的試管中，充分加熱后，停止加熱，移去酒精燈之前，應先撤出導管；調(diào)節(jié)量筒內(nèi)液面與水槽內(nèi)液面高度相同，量筒內(nèi)收集到的氣體體積＞ 0.735L（填“＞”“＜”或“=”）．已知室溫下氣體摩爾體積為24.5L•mol^-1，不考慮氧氣在水中的溶解及水蒸氣的影響）．
（3）取充分加熱后試管中的殘余固體，溶于50mL 1.0mol•L^-1稀硫酸中，加入50mL 0.30mol•L^-1 Na₂C₂04 溶液，待與Mn0₂作用完畢后，用 0.10mol•L^-1 KMn0₄標準溶液進行滴定，消耗KMn04標準溶液V mL（已知Mn²⁺對滴定反應有催化作用）
a．寫出Mn0₂與Na₂C₂0₄反應的離子方程式MnO₂+C₂O₄^2-+4H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O；
b．當消耗KMn0₄標準溶液的體積V=20.00mL時，表明Mn0₂在反應前后質量不變．
c．若盛裝標準液的滴定管沒有用標準液潤洗，所測Mn0₂質量會偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”或“不變”，下同）；若滴定終點時明顯出現(xiàn)黑色沉淀，所測質量會偏�。�

Answer 1

分析 （1）裝置氣密性檢驗的原理是：通過氣體發(fā)生器與液體構成封閉體系，依據(jù)改變體系內(nèi)壓強時產(chǎn)生的現(xiàn)象（如氣泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）來判斷裝置氣密性的好壞；一般用到的方法是空氣熱脹冷縮法，據(jù)此進行分析解答；
（2）反應結束時應該先撤出導管再移去酒精燈，避免發(fā)生倒吸現(xiàn)象；根據(jù)2KClO₃$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2KCl+3O₂↑計算2.45g氯酸鉀理論產(chǎn)生的氧氣量，根據(jù)加熱過程中氣體膨脹分析量筒內(nèi)收集到的氣體體積；
（3）①二氧化錳與草酸鈉發(fā)生氧化還原反應生成錳離子、二氧化碳氣體和水；
②反應前，Mn0₂的物質的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{0.87g}{87g/mol}$=0.01mol，若Mn0₂在反應前后質量不變，則消耗的Na₂C₂0₄的物質的量為0.01mol，在酸性條件下，高錳酸根離子能和草酸根離子發(fā)生氧化還原反應生成二價錳離子、二氧化碳和水，根據(jù)反應計算．
③根據(jù)操作對c（待測）=$\frac{c（標準）×V（標準）}{V（待測）}$的影響分析，若滴定終點時明顯出現(xiàn)黑色沉淀，可知有部分MnO₂生成．

解答 解：（1）檢查裝置的氣密性方法為：連接好儀器，先將導管的一端浸沒在水里，手握導管，看插入水中的導管口是否有氣泡產(chǎn)生，如果有氣泡產(chǎn)生，且手離開試管后水能夠倒流入導管口形成一段水柱，一段時間內(nèi)高度不變，則證明裝置氣密性好，
故答案為：手握導管，看插入水中的導管口是否有氣泡產(chǎn)生，如果有氣泡產(chǎn)生，且手離開試管后水能夠倒流入導管口形成一段水柱，一段時間內(nèi)高度不變，則證明裝置氣密性好；
（2）充分加熱后，停止加熱，為了避免發(fā)生倒吸現(xiàn)象，應先將導管移出水面，再移去酒精燈，
2.45g氯酸鉀的物質的量為：$\frac{2.45g}{122.5g/mol}$=0.02mol，根據(jù)反應2KClO₃$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2KCl+3O₂↑可知，0.02mol氯酸鉀完全分解生成氧氣的物質的量為：0.02mol×$\frac{3}{2}$=0.03mol，常溫下0.03mol氧氣的體積為：24.5L/mol×0.03mol=0.735L，由于加熱過程中氣體膨脹，則量筒內(nèi)收集到的氣體體積＞0.735L，
故答案為：撤出導管；＞；
（3）①MnO₂與Na₂C₂O₄發(fā)生氧化還原反應，反應的離子方程式為：MnO₂+C₂O₄^2-+4H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+C₂O₄^2-+4H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O．
②50mL 0.30mol•L^-1 Na₂C₂0₄ 溶液中，Na₂C₂0₄的物質的量為n=cv=0.3mol/L×0.05L=0.015mol，反應前，Mn0₂的物質的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{0.87g}{87g/mol}$=0.01mol，若Mn0₂在反應前后質量不變，則消耗的Na₂C₂0₄的物質的量為0.01mol，剩余0.015mol-0.010mol=0.005mol，在酸性條件下，高錳酸根離子和草酸根離子發(fā)生氧化還原反應2Mn0₄^-+5C₂0₄^2-+16H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
2MnO₄^-_～ 5C₂O₄^2-
2                  5
n（Mn0₄^-）   0.005mol 
消耗的MnO₄^-的物質的量n（Mn0₄^-）=0.002mol，體積為V=$\frac{0.002mol}{0.10mol/L}$=20.00mL，
故答案為：20.00；
③若盛裝標準液的滴定管沒有用標準液潤洗，導致標準液減小，消耗的標準液體積增多，根據(jù)c（待測）=$\frac{c（標準）×V（標準）}{V（待測）}$可知，c（待測）偏大，即Na₂C₂0₄ 偏大，則計算出的與Na₂C₂0₄ 反應的MnO₂質量會偏小，若滴定終點時明顯出現(xiàn)黑色沉淀，可知有部分MnO₂生成，則計入消耗的MnO₄^-偏大，故所測MnO₂質量會偏小，
故答案為：偏小；偏�。�

點評 本題考查了化學實驗方案的設計與評價，題目難度中等，明確實驗目的、實驗原理為解答關鍵，注意掌握呈化學實驗方案設計與評價原則，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學實驗能力．