Question

草酸作為一種重要的化工原料，某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)擬以甘蔗渣為原料用水解一氧化一水解技術(shù)制取草酸。

Ⅰ、步驟④是減壓抽濾(見下圖)，其優(yōu)點(diǎn)是：__________________________________________， 當(dāng)抽濾完畢或中途停止抽濾時(shí)，為了防止自來水倒吸入B裝置，最佳的操作是___________。

Ⅱ、該小組同學(xué)為了確定產(chǎn)品H₂C₂O₄·xH₂O中的的x值，進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：
①取w g產(chǎn)品配成100mL水溶液；
②量取25.00mL草酸溶液置于錐形瓶中，加入適量稀H₂SO₄后，用濃度為c mol·L^-1KMnO₄溶液滴定。 請回答下列問題：
(1)實(shí)驗(yàn)①中，需要用到的玻璃儀器有：玻璃棒、燒杯、膠頭滴管和___________。
(2)寫出草酸溶液與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)的離子方程式：_____________________________。
(3)若滴定時(shí)，前后兩次讀數(shù)分別為a mL和b mL，由此計(jì)算出該草酸晶體的x值是__________
Ⅲ、該小組同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)Ⅱ②時(shí)發(fā)現(xiàn)向草酸溶液中逐滴加入高錳酸鉀溶液時(shí)，溶液褪色總是先慢后快，即反應(yīng)速率由小變大。為此，他們設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究：
【實(shí)驗(yàn)用品】 儀器：試管(若干個并編號①，②，③…)、膠頭滴管(若干支)、秒表
試劑：0.1 mol/L H₂C₂O₄溶液、0.1 mol/L KMnO₄溶液、稀硫酸、MnSO₄固體
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】
實(shí)驗(yàn)(1)：在①號和②號試管中分別先加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，然后各加10滴稀硫酸，且在②號試管中加入少量硫酸錳固體。再在兩支試管中各加入5滴0.1mol/LKMnO₄溶液。現(xiàn)象如下(表1)

編號	①號試管	②號試管
褪色時(shí)間	90s	5 s
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	均有氣泡產(chǎn)生；②號試管的溶液褪色比①號試管的溶液快，它們顏色變化如下：紫紅色→紅色→橙紅色→橙色→黃色→無色。

實(shí)驗(yàn)(2)：在①號和②號試管中分別加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，在②號試管中再滴加l0滴稀硫酸，然后在兩支試管中各加入5滴0.1 mol/L 的高錳酸鉀溶液�，F(xiàn)象如下(表2)

編號	①號試管	②號試管
褪色時(shí)間	100 s	90 s
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	均有氣泡產(chǎn)生；②號試管的溶液褪色比①號試管的溶液快，它們顏色變化如下：紫紅色→紅色→橙紅色→橙色→黃色→無色。

實(shí)驗(yàn)(3)：在①號、②號和③號試管中分別加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，然后在①、②、③號試管中依次加入10滴、l mL、2 mL稀硫酸溶液，然后各加入5滴0.1 mol/L的高錳酸鉀溶液，然后置于溫度為65℃的水浴中加熱。觀察現(xiàn)象如下(表3)。

編號	①號試管	②號試管	③號試管
褪色時(shí)間	88 s	100 s	120 s
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	均有氣泡產(chǎn)生；①號試管的溶液褪色比②、③號試管的溶液快，它們顏色變化如下：紫紅色→紅色→橙紅色→橙色→黃色→無色。

(1)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(1)對應(yīng)的假設(shè)是_________________________________________________。
實(shí)驗(yàn)(1)得出的結(jié)論是____________________________________________________。
(2)由實(shí)驗(yàn)(2)和實(shí)驗(yàn)(3)得出的結(jié)論是_________________________________________m___。

Answer 1

(16分)Ⅰ、加快過濾速度、得到較干燥的沉淀；慢慢打開活塞d，然后關(guān)閉水龍頭； (2分+2分)
Ⅱ、(1)100mL容量瓶(1分)   (2)5 H₂C₂O₄+2MnO₄^- +6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O(2分) (3)  -5  (2分)
Ⅲ、(1)假設(shè)：反應(yīng)產(chǎn)物中的Mn²⁺可能是反應(yīng)的催化劑；(2分)
結(jié)論：Mn²⁺在反應(yīng)中起到催化劑的作用，加快了反應(yīng)速率；假設(shè)1成立。(2分)
(2)由表2和表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：硫酸對草酸和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)有影響。加入少量硫酸，可以促進(jìn)草酸和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)，而加入大量硫酸，草酸和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)速率開始比較慢，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，褪色速率加快；(2分)溫度對該反應(yīng)速率影響不大。(1分)(其他合理答案也可以酌情給分)

試題分析：Ⅰ、減壓抽濾的優(yōu)點(diǎn)是加快過濾速度、得到較干燥的沉淀。當(dāng)抽濾完畢或中途停止抽濾時(shí)，為了防止自來水倒吸入B裝置，最佳的操作是慢慢打開活塞d，然后關(guān)閉水龍頭。
Ⅱ、(1)配制100ml物質(zhì)的量濃度溶液還缺少的儀器應(yīng)該是100mL容量瓶。
（2）酸性高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，能氧化草酸，則草酸溶液與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)的離子方程式是5H₂C₂O₄+2MnO₄^- +6H⁺＝2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O。
（3）若滴定時(shí)，前后兩次讀數(shù)分別為a mL和b mL，則消耗高錳酸鉀溶液的體積是（b－a）ml，所以根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式可知，解得x＝。
Ⅲ、(1)由于在②號試管中加入少量硫酸錳固體，所以該實(shí)驗(yàn)的假設(shè)是反應(yīng)產(chǎn)物中的Mn²⁺可能是反應(yīng)的催化劑。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，實(shí)驗(yàn)(1)得出的結(jié)論是Mn²⁺在反應(yīng)中起到催化劑的作用，加快了反應(yīng)速率；假設(shè)1成立。
(2)由表2和表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)(2)和實(shí)驗(yàn)(3)得出的結(jié)論是硫酸對草酸和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)有影響。加入少量硫酸，可以促進(jìn)草酸和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)，而加入大量硫酸，草酸和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)速率開始比較慢，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，褪色速率加快；但溫度對該反應(yīng)速率影響不大。
點(diǎn)評：該題是高考中的常見題型，難度大，對學(xué)生的要求高。有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力以及評價(jià)能力。該題綜合性強(qiáng)，難點(diǎn)較大，對學(xué)生的要求高。本題通過陌生情景考查化學(xué)反應(yīng)速、影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素（濃度）、學(xué)生對圖表的觀察、分析以及學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、整理、歸納等方面的思維能力，難度較大。解決該類試題應(yīng)注意：①認(rèn)真審題，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模�理解直接測量與實(shí)驗(yàn)?zāi)康拈g的邏輯和數(shù)學(xué)關(guān)系；②理解控制變量的思想在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析中的運(yùn)用。