Question

3．过氧乙酸是高效、速效、广谱灭菌剂．实验室合成与含量测定的相关步骤如下：
Ⅰ：过氧化氮溶液的浓缩
在图示的装置中先打开恒温槽和水循环泵，当系统真空度恒定后，用滴液漏斗向蛇形冷凝管中滴加30%的H₂O₂溶液，H₂O₂溶液在蛇形冷凝管内汽化后被抽入蒸馏系统，得到质量分数约为68%的H₂O₂溶液．
（1）图中冷却水进水口为a（填：“a”或“b”）．
II．过氧乙酸的合成
制备原理为 ，向装有搅拌装置及温度计的500ml三口烧瓶中先加入16.0g冰醋酸，然后在搅拌下滴加90g浓缩后的H₂O₂溶液，最后加入7.5ml浓硫酸，搅拌下加热5h，静置20h．
（2）用浓缩后的H₂O₂溶液代替普通的30%的H₂O₂溶液的目的是增大过氧化氢的浓度，有利于平衡向生成过氧乙酸的方向移动；浓硫酸的作用是催化剂、吸水剂．
（3）充分搅拌的目的是使反应物充分接触，提高原料利用率．
III．过氧乙酸含量的测定
步骤1：称取5.0g过氧乙酸试样（液体），配置成100mL溶液A，备用．
步骤2：在碘量瓶中加入5mLH₂SO₄、3滴MnSO₄溶液、5.00mL溶液A，摇匀，用0.0100mol•L^-1的KMnO₄溶液滴定至溶液呈微红色，除去其中的H₂O₂．
步骤3：向步骤2滴定后的溶液中再加入1.0gKI，塞紧烧瓶，摇匀，置于暗处5min．用蒸馏水冲洗瓶盖及四周瓶壁，加钼酸铵催化剂2ml，摇匀，用淀粉作指示剂，再用0.0500mol•L^-1的Na₂S₂O₃标准溶液滴定至蓝色刚好褪去（离子方程式为I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）消耗Na₂S₂O₃标准溶液的总体积为20.00mL．
（4）步骤1配制溶液A需要的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外，还需要100mL容量瓶、胶头滴管．
（5）MnSO₄的作用是催化剂．
（6）原试样中过氧乙酸的质量分数为38%．

Answer 1

分析 （1）球形冷凝管的进水口为下进上出；
（2）增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动；浓硫酸除起到催化剂的作用之外，还起到吸水剂的作用，有利于反应向正方向进行，提高产率；
（3）充分搅拌，能使反应物充分接触，提高提高原料利用率；
（4）根据用2.0g过氧乙酸样品，配制成100mL溶液步骤选用仪器，然后判断还缺少仪器名称；
（5）过氧化氢和高锰酸钾在酸性条件下发生氧化还原反应，硫酸锰做催化剂作用；
（6）根据已知方程式列出关系式：CH₃COOOH～I₂～2S₂O₃^2-，根据关系式求解5mL溶液A中含CH₃COOOH质量，据此计算原试样中过氧乙酸的质量分数．

解答 解：（1）球形冷凝管的进水应克服水的重力充满冷凝管口，方向为下进上出，即从a口进，
故答案为：a；
（2）合成过氧乙酸：CH₃COOH+H₂O₂$\stackrel{H+}{?}$CH₃COOOH+H₂O，该反应为可逆反应，增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动，用68%的H₂O₂溶液代替30%的H₂O₂溶液，可增大反应速率，同时有利于平衡向生成过氧乙酸的方向移动，合成过氧乙酸：CH₃COOH+H₂O₂$\stackrel{H+}{?}$CH₃COOOH+H₂O，该反应为可逆反应，为提高反应物的产率，加入浓硫酸除起到催化剂的作用之外，还起到吸水剂的作用，有利于反应向正方向进行，提高产率，
故答案为：增大过氧化氢的浓度，有利于平衡向生成过氧乙酸的方向移动；催化剂、吸水剂；
（3）充分搅拌，能使反应物充分接触，提高提高原料利用率，
故答案为：使反应物充分接触，提高原料利用率；
（4）配制100mL过氧乙酸溶液，配制步骤为：计算、称量（量取）、溶解、转移、洗涤、定容，称量时用到仪器是天平、药匙（量取时用到量筒），溶解时用到烧杯、玻璃棒，转移溶液时用到玻璃棒、容量瓶，定容时用到胶头滴管，其中属于玻璃仪器的是玻璃棒、烧杯、胶头滴管、量筒、容量瓶，故还需要的玻璃仪器有100mL容量瓶、胶头滴管，
故答案为：100mL容量瓶、胶头滴管；
（5）过氧化氢和高锰酸根离子发生氧化还原反应：MnO₄^-+H₂O₂+H⁺-Mn²⁺+O₂↑+H₂O中，Mn的化合价从+7降低为+2价，降低了5价，O的化合价从-1价升高到了0价，两个氧原子一共升高了2价，所以Mn元素的前边系数是2，双氧水的前边系数是5，根据电荷守恒和原子守恒，得到反应为：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O，硫酸锰做此反应的催化剂，
故答案为：催化剂；
（6）根据已知方程式CH₃COOOH+2H⁺+2I^-═I₂+CH₃COOH+H₂O①，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₄^2-②，可得关系式：CH₃COOOH～I₂～2S₂O₃^2-，5mL溶液A中含CH₃COOOH，
CH₃COOOH～I₂～2S₂O₃^2-，
1                                 2
n（CH₃COOOH） 0.050mol•L^-1×20×10^-3L
n（CH₃COOOH）=5×10^-4mol，
称取2.0g过氧乙酸样品，配制成100mL溶液A，100mL溶液A，n（CH₃COOOH）=5×10^-4mol×$\frac{100ml}{5ml}$=1×10^-2mol，原试样中过氧乙酸的质量分数为$\frac{1×1{0}^{-2}mol×78g/mol}{2g}$×100%=38%，
故答案为：38%．

点评 本题以过氧乙酸为载体考查溶液的浓缩、物质的合成、含量的测定等，侧重考查分析和计算能力，明确每一过程发生的反应是解本题关键，知道各种物质的性质，根据方程式进行计算即可，题目难度中等．