Question

以下是某学习小组对乙二酸的某些性质进行研究性学习的过程：
【研究课题】探究乙二酸的某些性质
【查阅资料】乙二酸（HOOC-COOH）俗称草酸，其主要物理常数如下：

名称	乙二酸	乙二酸晶体
分子式	H2C2O4	H2C2O4?2H2O
颜色状态	无色固体	无色晶体
溶解度（g）	8.6（20℃）	-
熔点（℃）	189.5	101.5
密度（g?cm-3）	1.900	1.650

又知：
①草酸在100℃时开始升华，157℃时大量升华，并开始分解．
②草酸钙不溶于水．
③草酸蒸气能使澄清石灰水变浑浊．
④草酸蒸气在低温下可冷凝为固体．
根据上述材料提供的信息，回答下列问题：
【提出猜想】
（猜想一）根据草酸晶体的组成对其分解产物进行猜想
设计方案：
（1）该小组同学猜想其产物为CO、CO₂和H₂O，请用下列装置组成一套探究实验装置（草酸晶体分解装置略，装置可重复使用，连接导管略去）．

A中水槽装冰水混合物、B中装氧化铜、C中装无水硫酸铜，D中装澄清石灰水、E中装碱石灰
请回答下列问题：
①装置的连接顺序为：A→

 

．
②检验产物中CO的实验现象是

 

．
③整套装置是否存在不合理之处，

 

（填是或否），若有该如何解决

 

 

．
（猜想二）乙二酸具有弱酸性
设计方案：
（2）该小组同学为验证草酸具有弱酸性设计了下列实验，其中能达到实验目的是

 

（填字母）．
A．将草酸晶体溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色
B．测定相同浓度的草酸和硫酸溶液的pH
C．测定草酸钠（Na₂C₂O₄）溶液的pH
D．将草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出
（猜想三）乙二酸具有还原性
设计方案：
（3）该小组同学向用硫酸酸化的KMnO₄溶液中滴入过量的草酸溶液，发现酸性KMnO₄溶液褪色，从而判断草酸具有较强的还原性．配平该反应的离子方程式：

 

 MnO₄^-+

 

H₂C₂O₄+

 

H⁺═

 

Mn²⁺+

 

CO₂↑+

 

H₂O
（4）利用上述原理可定量测定某草酸晶体样品（含有H₂C₂O₄?2H₂O及其它一些杂质）中H₂C₂O₄?2H₂O的含量．
方法是：称取该样品0.12g，加适量水完全溶解，然后用0.020mol?L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定至终点（杂质不参与反应），滴定前后滴定管中的液面读数如图所示（单位：mL），则该草酸晶体样品中H₂C₂O₄?2H₂O的质量分数为

 

．（已知相对原子质量：Mr（H₂C₂O₄?2H₂O）=126）

Answer 1

分析：（1）①猜想其产物为CO、CO₂和H₂O，草酸在100℃时开始升华，157℃时大量升华，并开始分解．草酸钙不溶于水、草酸蒸气能使澄清石灰水变浑浊、草酸蒸气在低温下可冷凝为固体，分析可知先冷凝挥发出的草酸，再检验水蒸气的生成，检验二氧化碳的生成，并除去二氧化碳，再通过灼热的氧化铜检验一氧化碳气体的存在，利用反应后生成的二氧化碳通入澄清石灰水变浑浊证明一氧化碳的存在；
②检验产物中CO的实验现象是C中黑色氧化铜变红色，生成了澄清石灰水变浑浊的气体；
③装置存在缺陷，一氧化碳有毒污染空气，需要吸收处理装置；
（2）证明草酸具有弱酸性需要证明草酸溶液中 存在电离平衡；
（3）依据氧化还原反应元素化合价变化和电子守恒、原子守恒配平得到反应的离子方程式；
（4）依据高锰酸钾和草酸反应的定量关系，结合消耗高锰酸钾溶液的体积和浓度计算物质的量，得到草酸物质的量，计算样品中的含量；

解答：解：（1）①猜想其产物为CO、CO₂和H₂O，草酸在100℃时开始升华，157℃时大量升华，并开始分解．草酸钙不溶于水、草酸蒸气能使澄清石灰水变浑浊、草酸蒸气在低温下可冷凝为固体，分析可知先冷凝挥发出的草酸，再检验水蒸气的生成，检验二氧化碳的生成，并除去二氧化碳，再通过灼热的氧化铜检验一氧化碳气体的存在，利用反应后生成的二氧化碳通入澄清石灰水变浑浊证明一氧化碳的存在；装置连接顺序为：A→C→D→E→B→D；
故答案为：A→C→D→E→B→D；
②检验产物中CO的实验现象是，一氧化碳还原C中黑色氧化铜变为红色的铜，同时生成了使澄清石灰水变浑浊的气体二氧化碳；
故答案为：黑色固体变成红色，且澄清石灰水变浑浊；
③装置存在缺陷，一氧化碳有毒污染空气，需要吸收处理装置，一氧化碳尾气的处理方法为点燃，操作时将气体通到酒精灯火焰上燃烧；
故答案为：是，无尾气处理装置，将尾气通到燃着的酒精灯上；
（2）A．将草酸晶体溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，只能说明酸碱反应，不能说明草酸是弱酸，故A不符合；
B．草酸和硫酸都是二元酸，测定相同浓度的草酸和硫酸溶液的pH，若不同PH大的为草酸证明存在电离平衡，故B符合；
C．测定草酸钠（Na₂C₂O₄）溶液的pH，若显碱性，证明草酸根离子水解，证明草酸是弱酸，故C符合；
D．将草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，只能说明草酸酸性大于碳酸，但不能证明草酸是弱酸，故D不符合；
故选BC．
（3）根据氧化还原反应方程式的配平原则：锰元素化合价+7价变化为+2价，电子转移5，草酸中碳元素化合价+3价变化为+4价，得失电子守恒、质量守恒和电荷守恒配平该反应的离子方程式，：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
故答案为：2、5、6、2、10、8；
（4）滴定管读数为开始是2.50ml，滴定后18.50ml，消耗高锰酸钾溶液体积为：18.50ml-2.5ml=16.00ml；
    2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
   2                    5
0.020mol?L^-1×0.0160L   0.0008mol
该草酸晶体样品中H₂C₂O₄?2H₂O的质量分数=

0.0008mol×126g/mol

0.12g

×100%=84.0%；
故答案为：84.0%；

点评：本题考查了物质性质的实验设计和分析，定量计算测定含量的实验和计算应用，弱电解质定量平衡的判断，题目难度中等．