Question

8．草酸晶體（H₂C₂O₄•xH₂O）無色，熔點為101℃，易溶于水，受熱易脫水、升華，170℃以上分解，草酸鈣難溶于水．某研究性小組按照下圖裝置，檢驗草酸晶體的分解產物中含有CO、CO₂．已知C、E、H中盛裝澄清石灰水，D中盛裝濃NaOH溶液，G中盛有CuO．

（1）裝置B的主要作用是冷凝草酸氣體，防止草酸進入裝置C反應生成沉淀而干擾CO₂的檢驗．
（2）裝置C中反應的離子方程式為Ca²⁺+2OH^-+CO₂=CaCO₃↓+H₂O．
（3）裝置D的作用是吸收CO₂氣體，防止干擾CO氣體的檢驗．
（4）裝置F所盛的藥品是堿石灰或無水氯化鈣．
（5）能證明草酸晶體分解產物中有CO的現象是G中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后的H中澄清石灰水變渾濁．
（6）H后連接的尾氣處理裝置為Ⅰ．（從“Ⅰ”“Ⅱ”中選擇）
（7）為測定草酸晶體分子式（H₂C₂O₄•xH₂O） 中x的值，現做如下實驗．
①稱取6.3g草酸晶體，將其配置成100.0mL水溶液為待測溶液；
②取25.0mL待測溶液放入錐形瓶中，再加人適量的稀硫酸；
③用濃度為0.4mol/L的KmnO₄標準溶液進行滴定，達到滴定終點時，用去12.50mL KMnO₄溶液．
回答下列問題．
寫出H₂C₂O₄和酸性KMnO₄溶液反應的化學方程式5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄=10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O；經計算x=2．
（8）依據以上實驗，寫出草酸晶體（H₂C₂O₄•xH₂O）受熱分解的化學方程式H₂C₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO↑+CO₂↑+3H₂O．

Answer 1

分析 檢驗草酸晶體的分解產物中含有CO、CO₂．草酸晶體170℃以上分解，A裝置：草酸晶體受熱分解，草酸晶體熔點為101℃，如果草酸受熱分解，分解時會產生二氧化碳而使澄清石灰水變渾濁；草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水，B裝置：有冷凝作用，防止干擾實驗；C裝置：用澄清石灰水檢驗二氧化碳，D裝置：用濃氫氧化鈉除去二氧化碳，E裝置：用澄清石灰水檢驗二氧化碳是否除盡，F裝置：用堿石灰干燥CO，G裝置：利用CuO的氧化性將CO氧化，H裝置：再利用澄清石灰水檢驗生成的二氧化碳，用排水法收集CO．
（1）草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水，B裝置溫度較低，有冷凝作用，防止干擾實驗；
（2）裝置C中二氧化碳和氫氧化鈣反應生成難溶性的碳酸鈣沉淀而使澄清石灰水變渾濁，據此書寫離子方程式；
（3）草酸晶體分解時有CO₂氣體生成，因此探究分解過程中有無CO生成時，首先要排除CO₂的干擾，再利用CO的還原性來及氧化產物來驗證，裝置D吸收CO₂氣體，防止干擾CO氣體的檢驗；
（4）F裝置：用堿石灰或無水氯化鈣干燥CO；
（5）CO具有還原性，其氧化產物是二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，利用CuO的氧化性將CO氧化，再利用澄清石灰水檢驗生成的二氧化碳，通過檢驗二氧化碳檢驗一氧化碳的存在，草酸晶體分解時有CO₂氣體生成，需排除二氧化碳的干擾；
（6）Ⅰ、Ⅱ排水法收集的區(qū)別為Ⅰ是導管伸入到集氣瓶底部，Ⅱ是導管伸入到集氣瓶口；
（7）H₂C₂O₄與KMnO₄酸性溶液發(fā)生氧化還原反應，草酸被氧化生成二氧化碳和水，高錳酸鉀被還原為錳離子；根據化學方程式2MnO₂^-+5H₂C₂O₄ +6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O 及各物質之間的關系H₂C₂O₄•xH₂O～H₂C₂O₄ ～xH₂O進行計算；
（8）依據以上實驗，草酸晶體的受熱分解生成CO、CO₂、水，據此書寫方程式．

解答 解：（1）草酸晶體170℃以上分解，A裝置：草酸晶體受熱分解，草酸晶體熔點為101℃，如果草酸受熱分解，分解時會產生二氧化碳而使澄清石灰水變渾濁；草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水，草酸易揮發(fā)，導致生成的氣體中含有草酸，草酸和氫氧化鈣反應生成難溶性的草酸鈣而干擾二氧化碳的檢驗，B裝置：有冷凝作用，防止干擾二氧化碳的檢驗，
故答案為：冷凝草酸氣體，防止草酸進入裝置C反應生成沉淀而干擾CO₂的檢驗；
（2）裝置C中氫氧化鈣和二氧化碳反應生成碳酸鈣和水，反應的化學方程式為：CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O，離子方程式為：Ca²⁺+2OH^-+CO₂=CaCO₃↓+H₂O；
故答案為：Ca²⁺+2OH^-+CO₂=CaCO₃↓+H₂O；
（3）CO具有還原性，其氧化產物是二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，G裝置：利用CuO的氧化性將CO氧化，H裝置：再利用澄清石灰水檢驗生成的二氧化碳，通過檢驗二氧化碳檢驗一氧化碳的存在，所以C裝置：用澄清石灰水檢驗二氧化碳，D裝置：用濃氫氧化鈉除去二氧化碳，E裝置：用澄清石灰水檢驗二氧化碳是否除盡，防止干擾CO氣體的檢驗，
故答案為：吸收CO₂氣體，防止干擾CO氣體的檢驗；
（4）F裝置儀器為球形干燥管，干燥CO可選擇堿石灰或無水氯化鈣，
故答案為：堿石灰或無水氯化鈣；
（5）若反應產物中有CO，通過排除CO₂的干擾后，經過上述實驗操作可觀察到通G前的E裝置不變渾濁證明無CO₂，G中黑色粉末變?yōu)榧t色證明有還原性氣體，G后面的H裝置中澄清石灰水變渾濁證明有CO₂生成，
故答案為：G中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后的H中澄清石灰水變渾濁；
（6）Ⅰ、Ⅱ排水法收集的區(qū)別為Ⅰ是導管伸入到集氣瓶底部，收集的氣體不純，Ⅱ是導管伸入到集氣瓶口，收集的氣體純凈，所以選擇I，
故答案為：Ⅰ；
（7）H₂C₂O₄與KMnO₄酸性溶液發(fā)生氧化還原反應，草酸被氧化生成二氧化碳和水，高錳酸鉀被還原為錳離子，化學方程式：5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄=10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O，
25.0mL待測溶液中由5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄=10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O
                              5mol         2mol
                               n            0.4mol/L×12.50mL

解得：n=1.25×10^-2mol，100.0mL水溶液n（H₂C₂O₄）=5×10^-2mol，6.3g草酸晶體中草酸的質量為5×10^-2mol×90g/mol=4.5g，結晶水的質量為6.3g-4.5g=1.8g，n（H₂O）=0.1mol，H₂C₂O₄•xH₂O～H₂C₂O₄ ～xH₂O   n（H₂C₂O₄）：n（H₂O）=5×10^-2mol：0.1mol=1：x，解得x=2，
故答案為：5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄=10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O；2；
（8）依據以上實驗，草酸晶體的受熱分解生成CO、CO₂、水，方程式為：H₂C₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO↑+CO₂↑+3H₂O，
故答案為：H₂C₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO↑+CO₂↑+3H₂O．

點評 本題考查草酸晶體分解以及產物性質實驗，為高頻考點，側重考查學生知識綜合應用、實驗基本操作能力及實驗方案設計能力，綜合性較強，難點是根據實驗目的及物質的性質分析各裝置的作用，注意要排除其它因素干擾，題目難度中等．