Question

9．甲醛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酸性KMnO₄溶液测定居室内空气中甲醛的含量．
【实验原理】
KMnO₄ （ H⁺）溶液为强氧化剂，可氧化甲醛，反应方程式为：
4MnO₄^-+5HCHO+12H⁺=4Mn²⁺+5CO₂+11H₂O
【实验装置】如图1

【实验步骤】
（1）先准确量取5.00mL 1.00×10^-3mol•L^-1KMnO₄溶液于洗气瓶中，并滴入几滴稀H₂SO₄，加水20mL稀释备用．
（2）先打开a（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完全褪色．
【交流讨论】
（1）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）：
①注射器压送气体速度过快、装置气密性较差；
②导气管伸入KMnO₄溶液中太浅、同一地点取样次数太多．
（至少答出2种可能性）
（2）实验结束后，该小组成员在相互交流的过程中认为：
①实验装置应加以改进．
有同学提议：可将插入KMnO₄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，其理由是可增大气体与溶液的接触面积，使空气中的HCHO被充分吸收．
②实验原理可以改进．
实验中直接抽取室内空气再压送到洗气瓶中至KMnO₄溶液刚好褪色，抽气次数太多，太麻烦．有同学提议：通过测定洗气瓶中KMnO₄的剩余量，可大大减少抽气的次数，也可达到实验目的，你认为是否可行：是．（填“是”或“否”）
（3）若该研究性学习小组的同学共抽气250次并压送到洗气瓶中使KMnO₄溶液的红色刚好褪去，则该居室内空气中甲醛的浓度为3.75×10^-3mg/L．

Answer 1

分析 [实验步骤]
（2）打开a关闭b收集室内空气，然后关闭a打开b将橡皮囊中的气体压缩到酸性高锰酸钾溶液中；
[交流讨论]
（1）从实验各个环节可能出现的问题分析；
（2）①根据反应物的接触面积越大，反应越充分来回答；
②通过测定洗气瓶中KMnO₄的剩余量，可以得到参加反应的高锰酸钾的量，根据反应可以计算甲醛的量；
（3）根据恰好反应进行完，酸性KMnO₄溶液颜色褪去；根据化学方程式4MnO₄^-+5HCHO+12H⁺=4Mn²⁺+5CO₂↑+11H₂O求出HCHO的物质的量，然后求出其体积，最后求出甲醛的浓度．

解答 解：【实验步骤】打开a关闭b收集室内空气，然后关闭a打开b将橡皮囊中的气体压缩到酸性高锰酸钾溶液中，故答案为：a；
【交流讨论】
（1）从实验各个环节可能出现的问题分析，如：未把橡皮囊中气体完全压出、压送气体速度过快、装置气密性较差、导气管伸入KMnO₄溶液中太浅、同一地点取样次数太多等，
故答案为：注射器压送气体速度过快、装置气密性较差；导气管伸入KMnO₄溶液中太浅、同一地点取样次数太多；
（2）①将插入KMnO₄溶液的管子下端改成具有多孔的球泡，反应物的接触面积越大，反应越充分，则测量越准确，有利于提高实验的准确度．
故答案为：可增大气体与溶液的接触面积，使空气中的HCHO被充分吸收；
②通过测定洗气瓶中KMnO₄的剩余量，可以得到参加反应的高锰酸钾的量，根据反应可以计算甲醛的量，这样可大大减少抽气的次数，也可达到实验目的，
故答案为：是；
（3）抽气250次，则会抽到空气体积是100mL×250=25000mL=25L，根据反应，设：抽得的气体中含有甲醛的物质的量是n，则     
                          4MnO₄^-+5HCHO+12H⁺═4Mn²⁺+5CO₂+11H₂O，
                  4                     5
0.025L×1.00×10^-3mol•L^-1     n
解得n=$\frac{5×0.025L×1.00×1{0}^{-3}mol/L}{4}$=3.125×10^-6mol，
质量是3.125×10^-6mol×30g/mol=9.375×10^-5g，
该居室内空气中甲醛的浓度为$\frac{9.375×1{0}^{-5}×1{0}^{3}mg}{25L}$=3.75×10^-3mg/L，该居室内空气中甲醛含量超过我国规定，
故答案为：3.75×10^-3．

点评 本题主要考查了甲醛的性质、含量的测定原理等知识，题目难度较大，知识点较多．