Question

4．草酸（乙二酸）可作還原劑和沉淀劑，用于金屬除銹、織物漂白和稀土生產．一種制備草酸晶體 （含2個結晶水） 的流程如圖，回答下列問題：

（1）CO和NaOH在一定條件下合成甲酸鈉、甲酸鈉加熱脫氫的化學反應方程式分別為CO+NaOH$\frac{\underline{\;200℃\;}}{2Mpa}$HCOONa、2HCOONa$\stackrel{△}{→}$Na₂C₂O₄+H₂↑．
（2）該制備中有兩次過濾操作，過濾操作①的濾渣是CaC₂O₄ ；過濾操作②的濾液是H₂C₂O₄溶液、H₂SO₄溶液．
（3）制備過程中③和④兩個步驟的目的是分別循環(huán)利用氫氧化鈉和硫酸，能降低成本，減小污染．
（4）有人建議甲酸鈉脫氫后直接用硫酸酸化制得草酸．該方案的缺點是產品不純，其中含有的雜質主要是Na₂SO₄．
（5）結晶水合草酸成品的純度可用酸性KMnO₄溶液滴定的方法進行測定．滴定中反應的離子方程式為5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O． 稱量草酸成品0.250g溶于水中，用0.0500mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定，至淺紅色不消褪，消耗KMnO₄溶液15.00mL，計算該成品的純度為94.5%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應物、生成物和反應條件寫出反應方程式；
（2）氫氧化鈣和草酸鈉溶液反應生成氫氧化鈉和草酸鈣，草酸鈣難溶于水，草酸鈣和稀硫酸反應生成草酸和硫酸鈣，硫酸鈣是微溶物；
（3）循環(huán)利用的物質能降低成本，減少污染；
（4）甲酸鈉和硫酸反應生成硫酸鈉，硫酸鈉是可溶性物質；
（5）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化草酸根離子生成二氧化碳，同時自身被還原生成二價錳離子，根據(jù)草酸和高錳酸鉀之間的關系式計算草酸的物質的量，再根據(jù)質量分數(shù)公式計算其純度．

解答 解：（1）根據(jù)流程圖知，200℃、2MPa條件下，一氧化碳和氫氧化鈉反應生成甲酸鈉，反應方程式為：CO+NaOH$\frac{\underline{\;200℃\;}}{2Mpa}$HCOONa，加熱條件下，甲酸鈉脫氫生成草酸鈉和氫氣，反應方程式為：2HCOONa$\stackrel{△}{→}$Na₂C₂O₄+H₂↑，
故答案為：CO+NaOH$\frac{\underline{\;200℃\;}}{2Mpa}$HCOONa；2HCOONa$\stackrel{△}{→}$Na₂C₂O₄+H₂↑；
（2）氫氧化鈣和草酸鈉溶液反應生成氫氧化鈉和草酸鈣，草酸鈣難溶于水，所以過濾操作①的濾液是氫氧化鈉溶液，濾渣是CaC₂O₄，草酸鈣和稀硫酸反應生成草酸和硫酸鈣，硫酸鈣是微溶物，該操作過程中，稀硫酸過量，所以過濾操作②的濾液是H₂C₂O₄溶液、H₂SO₄溶液，濾渣是 CaSO₄，
故答案為：CaC₂O₄ ；H₂C₂O₄溶液、H₂SO₄溶液；
（3）氫氧化鈉和硫酸都具有腐蝕性，能污染環(huán)境，分別循環(huán)利用氫氧化鈉和硫酸能降低成本，減小污染，
故答案為：分別循環(huán)利用氫氧化鈉和硫酸能降低成本，減小污染；
（4）甲酸鈉和硫酸反應生成硫酸鈉，硫酸鈉是可溶性物質，存在于溶液中，所以含有的雜質主要是Na₂SO₄，
故答案為：Na₂SO₄；
（5）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化草酸根離子生成二氧化碳，同時自身被還原生成二價錳離子，離子反應方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
設草酸的物質的量為xmol，則：
5H₂C₂O₄+6H⁺+2MnO₄^-=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O
5mol        2mol
x         0.0500mol•L^-1×0.015L
所以，5mol：2mol=x：0.0500mol•L^-1×0.015L
解得x=0.001875mol，
故其純度為：$\frac{0.001875mol×126g/mol}{0.25g}$×100%=94.5%，
故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；94.5%．

點評 本題考查制備方案的設計，題目難度中等，注意明確操作時發(fā)生的化學反應、常見的操作名稱，難點是計算草酸結晶水合物的純度，需要根據(jù)方程式進行分析解答，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學實驗能力．