Question

19．我国规定：室内甲醛含量不得超过0.08mg•m^-3．某研究性学习小组欲利用酸性KMnO₄溶液测定空气中甲醛的含量，请你协助他们完成相关学习任务．（部分装置如图），其反应原理及步骤如下：
4MnO₄^-+5HCHO+H⁺═Mn²⁺+5CO₂↑+11H₂O
2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
步骤：①量取5.00mL 1.00×10^-3mol•L^-1 KMnO₄，溶液于洗气瓶中，并滴入几滴稀H₂SO₄，加水20mL稀释备用．
②取1.00×10^-3mol•L^-1草酸标准溶液于酸式滴定管中备用．
③用注射器抽取100mL新装修室内空气．再将注射器气体推入洗气瓶中充分反应．再重复4次．
④将洗气瓶中溶液转移到锥形瓶中（包括洗涤液），再用标准草酸溶液进行滴定，记录滴定所消耗的草酸溶液的体积．
⑤再重复实验2次（每次取高锰酸钾溶液5.00mL）．3次实验消耗草酸溶液的体积平均值为12.38mL．
回答下列问题
（1）5.00mL高锰酸钾用酸式滴定管量取．
（2）此实验用指示剂d（填字母）．
a甲基橙　b酚酞　c淀粉　d无需另外添加试剂
（3）计算该居室内空气中甲醛的浓度18mg•m^-3．
（4）下列操作能引起室内甲醛浓度偏高的是a．
a．滴定终点俯视读数
b．滴定前有气泡滴定后无气泡
c．在高锰酸钾溶液中加入少量水
d．装草酸的滴定管未润洗
（5）草酸是二元中强酸，草酸氢钠溶液显酸性．常温下，如果向10 mL 0.01mol•L^-1H₂C₂O₄溶液中滴加0.01 mol•L^-1NaOH溶液
①当加入的NaOH溶液体积为10mL，请你写出溶液中质子守恒关系式c（H⁺）+c（H₂C₂O₄）=c（OH^-）+c（C₂O₄^2-）．
②当加入的NaOH溶液体积为20mL，请你写出溶液中离子的浓度大小关系c（Na⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）5.00mL高锰酸钾溶液体积精确度为0.01ml，高锰酸钾溶液具有强氧化性，可以腐蚀橡胶管，需要选择酸式滴定管；
（2）高锰酸钾溶液为紫红色溶液，滴入最后一滴紫红色褪去且半分钟不变化；
（3）先计算出总的高锰酸钾的物质的量，然后利用滴定数据计算出草酸消耗的高锰酸钾的物质的量，再计算出甲醛消耗高锰酸钾的物质的量，最后计算出1m³空气中含有的甲醛的质量；
（4）a．滴定终点俯视读数读取滴定管中溶液体积偏小，则和甲醛反应的高锰酸钾增大；
b．滴定前有气泡滴定后无气泡，读取标准溶液体积增大，计算得到和甲醛反应的高锰酸钾物质的量减小；
c．在高锰酸钾溶液中加入少量水对滴定结果无影响；
d．装草酸的滴定管未润洗，浓度变稀，消耗草酸溶液体积增大，则测定和甲醛反应的高锰酸钾物质的量减小；
（5）①草酸是二元中强酸，草酸氢钠溶液显酸性．常温下，如果向10 mL 0.01mol•L^-1H₂C₂O₄溶液中滴加0.01 mol•L^-1NaOH溶液10ml，反应生成NaHC₂O₄溶液，结合溶液中电荷守恒和物料守恒计算得到质子守恒；
②当加入的NaOH溶液体积为20mL得到溶液为Na₂C₂O₄溶液，草酸根离子分步水解溶液显碱性．

解答 解：（1）5.00mL高锰酸钾溶液体积精确度为0.01ml，高锰酸钾溶液且具有强氧化性，可以腐蚀橡胶管，应用酸式滴定管量取，
故答案为：酸式滴定管；
（2）高锰酸钾溶液为紫红色溶液，滴入最后一滴紫红色褪去且半分钟不变化，此实验不用指示剂可以指示到终点，故选d，
故答案为：d；
（3）5.00mL 1.00×10^-3mol/L的高锰酸钾溶液中含有的高锰酸钾的物质的量为：0.005L×1.00×10^-3mol/L=5×10^-6mol，
氧化甲醛后剩余的高锰酸钾消耗的草酸物质的量为：1.00×10^-3mol/L×0.01238L=1.238×10^-5mol，
根据反应2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺→2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，草酸消耗的高锰酸钾的物质的量为：$\frac{2}{5}$×1.238×10^-5mol=4.952×10^-6mol，
氧化甲醛的高锰酸钾的物质的量为：5×10^-6mol-4.952×10^-6mol=4.8×10^-8mol，
根据反应4MnO₄^-+5HCHO+12H⁺→4Mn²⁺+5CO₂↑+11H₂O，100mL空气中含有的甲醛物质的量为：$\frac{5}{4}$×4.8×10^-8mol=6×10^-8mol，
1m³空气中含有的甲醛物质的量为：6×10^-8mol×$\frac{1{0}^{6}ml}{100ml}$=6×10^-4mol，甲醛的质量为：6×10^-4mol×30g/mol=0.018g=18g，该居室内空气中甲醛的浓度18mg•m^-3，
故答案为：18；
（4）a．滴定终点俯视读数读取滴定管中溶液体积偏小，则和甲醛反应的高锰酸钾增大，测定结果会偏高，故a正确；
b．滴定前有气泡滴定后无气泡，读取标准溶液体积增大，计算得到和甲醛反应的高锰酸钾物质的量减小，测定结果会偏低，故b错误；
c．在高锰酸钾溶液中加入少量水对滴定结果无影响，故c错误；
d．装草酸的滴定管未润洗，浓度变稀，消耗草酸溶液体积增大，则测定和甲醛反应的高锰酸钾物质的量减小，测定结果会偏低，故d错误；
故答案为：a；
（5）①当加入的NaOH溶液体积为10mL，反应生成NaHC₂O₄溶液，溶液中电荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（C₂O₄^2-）+c（HC₂O₄^-）+c（OH^-），物料守恒；c（Na⁺）=c（C₂O₄^2-）+c（HC₂O₄^-）+c（H₂C₂O₄），得到c（H⁺）+c（H₂C₂O₄）=c（OH^-）+c（C₂O₄^2-），
故答案为：c（H⁺）+c（H₂C₂O₄）=c（OH^-）+c（C₂O₄^2-）；
②当加入的NaOH溶液体积为20mL得到溶液为Na₂C₂O₄溶液，草酸根离子分步水解溶液显碱性，溶液中离子浓度大小c（Na⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）．

点评 本题以空气中甲醛含量测定为载体，考查仪器的选择、对操作的理解分析与评价、对装置的评价、氧化还原反应滴定应用、化学计算等，需要学生具备扎实的基础与运用知识分析、解决问题的能力，侧重对学生能力的考查，兼顾基础知识，难度中等．