Question

甲醛（CH₂O）是世界卫生组织确认的致癌致畸物质之一．
我国规定：室内甲醛含量不得超过8×10^-5mg/L．某研究性学习小组利用KMnO₄和H₂SO₄的混和液测定居室内空气中甲醛的含量．

【实验原理】
KMnO₄和H₂SO₄的混和液与甲醛的反应方程式为：4KMnO₄+5CH₂O+6H₂SO₄=4MnSO₄+2K₂SO₄+5X↑+11H₂O
①其中X的化学式为________；
②随着甲醛的不断通入，溶液的PH________（填“变大”、“变小”或“不变”），但由于测定的需要，配制混和液时使用了过量的硫酸，因此反应结束时溶液的PH________7（填“＞”、“＜”或“=”）．
③随着甲醛的不断通入，溶液的紫红色不断褪去，到刚好变为无色时，通入的甲醛与混和液中的KMnO₄恰好完全反应；此时只要知道原混和液质量以及其中________的质量分数，就可利用前述反应方程式计算出通入的甲醛质量．
【实验装置】如图1；
【实验步骤】
④检查该装置气密性的方法之一是：打开 a 和b，拨出双孔塞，向集气瓶中加蒸馏水至浸没左导管口约2cm，塞上双孔塞，再关闭________（填“a”或“b”），最后抽或推注射器，造成左导管与瓶内产生液面差；若液面差稳定，则装置________（填“气密”或“不气密”）．
⑤若装置气密，则加混和液前________（填“要”或“不要”） 将集气瓶中蒸馏水先倒出．
⑥向集气瓶中加入5.00g 混和液（其中KMnO₄的质量分数为1.58×10^-4），再向其中加适量蒸馏水，扩大液体的量以利吸收甲醛．
⑦先打开________（填“a”或“b”），关闭另一个活塞，每次用注射器抽取100mL室内空气，然后进行相反关开活塞的操作，再推动注射器，将气体全部推入酸性高锰酸钾溶液中，使其充分反应，如此反复多次直至溶液刚好完全褪色，计下推入气体次数．
【数据处理】
⑧若实验中，当第250次将气体压送到洗气瓶中时，溶液的红色刚好褪去，则该居室内空气中甲醛含量________规定（填“符合”或“不符合”）．
己知：KMnO₄、CH₂O的相对分子质量依次为158、30；1g=1000mg；1L=1000mL
计算过程：________，通入的空气体积为________L
【误差分析】
⑨某同学用该方法测量空气中甲醛的含量时，所测得的数值比实际含量低，你认为其可能的原因是（假设溶液配制、量取过程均无错误）：________、________（要答出2种可能性）．
【交流讨论】
⑩实验后的交流中，有小组成员认为：可将插入混和溶液的管子下端改成具有多孔的球泡（如图2），有利于提高实验的准确度，其理由是________．

Answer 1

CO₂    变大    ＜    高锰酸钾    a    气密    不要    a    不符合    解：设甲醛的质量为x
4KMnO₄ +5CH₂O+6H₂SO₄ =4MnSO₄+2K₂SO₄+5CO₂↑+11H₂O
4×158 5×30
5.00g×1.58×10^-4x
= x=1.875×10^-4
因为每次用注射器抽取100mL室内空气，第250次恰好反应，则通入的空气体积为：100ml×250=25000mL=25L，所以该居室内空气中甲醛的含量=0.0075mg/L=7.5×10^-3mg/L＞8×10^-5mg/L，故不符合    25    没有搅拌，甲醛和高锰酸钾反应不完全    空气中的其它气体和高锰酸钾反应    增大了甲醛和溶液的接触面积
分析：①根据化学反应前后原子的种类和个数都不变，分析X的化学式；
②根据反应过程中硫酸逐渐参加反应分析溶液PH的变化；根据配制混和液时使用了过量的硫酸，因此溶液呈现酸性，判断pH；
③根据信息甲醛与混和液中的KMnO₄恰好完全反应，可依据化学方程式中高锰酸钾的质量计算甲醛的质量分析；
④根据检查该装置气密性时要注意形成一个密闭的空间分析开关的闭合情况；
⑤根据向集气瓶中加入5.00g 混和液，需要向其中加适量蒸馏水，扩大液体的量以利吸收甲醛分析蒸馏水的处理；
⑦根据吸取室内的气体需要通过a开关，而将气体推进溶液中需要通过b开关分析；
⑧根据高锰酸钾的质量计算甲醛的质量，然后计算空气中甲醛的含量和标准进行比较得出结论；
⑨根据导气管和溶液局部接触，反应不充分或从空气的气体气体可能和高锰酸钾反应等进行猜想；
⑩根据导气管和多孔的球泡的不同处分析优点．
解答：①根据质量守恒定律化学反应前后原子的种类和个数都不变，反应前后K原子的个数都是4个，Mn的原子个数是4个，S原子的个数是6个，H原子的个数是22个，而反应前C原子的个数是5个，O原子的个数是45个，而反应后没有C原子，35个O原子，故缺少5个C原子，10个O原子，X的化学式前的化学计量数是5，所以X的化学式是CO₂；故答案为：CO₂；
②混合液中含有硫酸，反应过程中硫酸逐渐参加反应，因此溶液的酸性会减弱，则pH会变大；因为配制混和液时使用了过量的硫酸，因此反应结束时溶液呈现酸性，故pH会小于7；故答案为：变大；＜；
③根据信息甲醛与混和液中的KMnO₄恰好完全反应，因此可依据化学方程式中高锰酸钾的质量计算甲醛的质量，而高锰酸钾的质量=混合液的质量×高锰酸钾的质量分数；故答案为：高锰酸钾；
④检查该装置气密性时要注意形成一个密闭的空间，因此在抽或推注射器前要先关闭开关a，防止空气进入集气瓶内；因为通过抽或推注射器，使装置内的气压变小或变大，从而造成左导管与瓶内产生液面差且液面差稳定，所以装置的气密性良好；故答案为：a；气密；
⑤因为向集气瓶中加入5.00g 混和液，需要向其中加适量蒸馏水，扩大液体的量以利吸收甲醛，因此原有的蒸馏水可以不要倒走；故答案为：不要；
⑦吸取室内的气体需要通过a开关，而将气体推进溶液中需要通过b开关，因此要用注射器取空气药品时，要先打开a，关闭b；故答案为：a；
⑧根据高锰酸钾的质量计算甲醛的质量，然后计算空气中甲醛的含量和标准进行比较得出结论；
故解：设甲醛的质量为x
4KMnO₄ +5CH₂O+6H₂SO₄ =4MnSO₄+2K₂SO₄+5CO₂↑+11H₂O
4×158 5×30
5.00g×1.58×10^-4 x
= x=1.875×10^-4
因为每次用注射器抽取100mL室内空气，第250次恰好反应，则通入的空气体积为：100ml×250=25000mL=25L，所以该居室内空气中甲醛的含量=0.0075mg/L=7.5×10^-3mg/L＞8×10^-5mg/L，故不符合；
⑨用该方法测量空气中甲醛的含量时，所测得的数值比实际含量低，可能是没有搅拌，甲醛和高锰酸钾反应不完全；空气中的其它气体和高锰酸钾反应；故答案为：没有搅拌，甲醛和高锰酸钾反应不完全；空气中的其它气体和高锰酸钾反应；
⑩导气管的面积较小，会使反应不充分，而多孔的球泡能够增大反应物的接触面积；
故答案为：增大了甲醛和溶液的接触面积．
点评：本题是有关室内甲醛含量的测定的探究，涉及的知识点较多：质量守恒定律的运用、溶液pH的变化、装置气密性的检查、取用样品的方法、根据化学方程式的计算、装的评价等，综合性较强，难度较大．