Question

1．某研究性學習小組組裝了下圖所示的裝置制備ClO₂氣體（加熱裝置用“△”表示），反應原理為飽和草酸溶液與KClO₃粉末在60℃時反應制得ClO₂（溫度過高或過低都會影響制氣效率）．
已知：①ClO₂是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，熔點-59℃，沸點11.0℃．
②草酸是酸性強于醋酸的二元弱酸，對應的鈣鹽（CaC₂O₄）不溶于醋酸，能溶于強酸，它還是一種還原性較強的物質．
（1）寫出制備ClO₂的化學方程式：
KClO₃+1H₂C₂O₄═2KHCO₃+2ClO₂↑
（2）A裝置中還缺少的一樣儀器名稱是溫度計，B裝置的作用是將ClO₂冷凝收集．
（3）C裝置吸收尾氣后，溶液中含有NaOH、NaClO₂、NaClO₃等溶質，小組成員認為C中還可能含有Na₂CO₃，試分析可能的原因是過量的草酸與KHCO₃反應：HOOC-COOH+KHCO₃=CO₂↑+H₂O+HOOC-COOK，逸出的CO₂與NaOH溶液反應生成Na₂CO₃，CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O；或因KClO₃具有較強氧化性，將草酸氧化成CO₂，逸出的CO₂與NaOH溶液反應生成Na₂CO₃．
（4）小組成員查資料得知“菠菜中富含可溶性草酸鹽和碳酸鹽”，他將菠菜研磨成汁、熱水浸泡、過濾得到溶液，調節溶液呈堿性，加入足量的CaCl₂溶液，產生白色沉淀，過濾、洗滌，沉淀備用，對生成的沉淀進行探究．
①提出合理假設
假設1：只存在CaCO₃；
假設2：既存在CaCO₃，也存在CaC₂O₄；
假設3：只存在CaC₂O₄．
②基于假設2，設計實驗方案，進行實驗．請將實驗步驟以及預期現象和結論填入下表．限選實驗試劑：1mol•L^-1 H₂SO₄溶液、0.1mol•L^-1 HCl溶液、0.01mol•L^-1 KMnO₄溶液、澄清石灰水．

實驗步驟	預期現象和結論
步驟1：取少量沉淀于試管中，加入足量0.1 mol•L-1 HCl．
步驟2：往步驟1的剩余物中，再滴加幾滴0.01 mol•L-1 KMnO4．

Answer 1

分析 （1）根據質量守恒和得失電子守恒配平方程式；
（2）反應原理為飽和草酸溶液與KClO₃粉末在60℃時反應制得ClO₂分析，ClO₂沸點較低，易液化；
（3）草酸可與生成物碳酸氫鉀反應生成二氧化碳，或KClO₃氧化草酸生成二氧化碳氣體；
（4）①沉淀可能為CaCO₃或CaC₂O₄或二者都有；
②利用鹽酸和碳酸鈣反應生成二氧化碳氣體能使澄清石灰水變渾濁驗證碳酸鈣的存在，加入的酸溶解生成的草酸和高錳酸鉀溶液反應使溶液褪色來設計實驗進行驗證草酸鈣的存在．

解答 解：（1）由質量守恒和得失電子守恒可配平，方程式為2KClO₃+H₂C₂O₄=2KHCO₃+2ClO₂↑，故答案為：2；1；2；2；
（2）反應原理為飽和草酸溶液與KClO₃粉末在60℃時反應制得ClO₂，需要溫度計控制溫度，A裝置中還缺少的一樣儀器名稱是為溫度計，ClO₂的沸點較低，易液化，B可起到冷凝收集的作用，
故答案為：溫度計；將ClO₂冷凝收集；
（3）反應后生成KHCO₃，過量的草酸與KHCO₃反應：HOOC-COOH+KHCO₃=CO₂↑+H₂O+HOOC-COOK，逸出的CO₂與NaOH溶液反應生成Na₂CO₃，CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，
也可能為因KClO₃具有較強氧化性，將草酸氧化成CO₂，逸出的CO₂與NaOH溶液反應生成Na₂CO₃，
故答案為：過量的草酸與KHCO₃反應：HOOC-COOH+KHCO₃=CO₂↑+H₂O+HOOC-COOK，逸出的CO₂與NaOH溶液反應生成Na₂CO₃，CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O；或因KClO₃具有較強氧化性，將草酸氧化成CO₂，逸出的CO₂與NaOH溶液反應生成Na₂CO₃；
（4）①沉淀可能為CaCO₃或CaC₂O₄或二者都有，故答案為：只存在CaC₂O₄；
②進行實驗先檢驗碳酸鈣的存在，再利用加入的酸溶解生成的草酸和高錳酸鉀溶液反應使溶液褪色來設計實驗進行驗證，取少量沉淀于試管中，加入足量1 mol•L^-1 HCl，將產生的氣體通入澄清石灰水中，澄清石灰水變渾濁，說明菠菜中含有碳酸鹽，向步驟1得到的溶液中滴加幾滴0.01 mol•L^-1 KMnO₄溶液紫紅色褪去，說明菠菜中含有草酸鹽，
故答案為：

實驗步驟	預期現象和結論
足量0.1 mol•L-1 HCl	沉淀全部溶解，有氣泡產生，說明沉淀中有CaCO3
往步驟1的剩余物中，再滴加幾滴0.01 mol•L-1 KMnO4	溶液紫紅色褪去，說明沉淀中有CaC2O4，結合步驟1，假設2成立

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點評 本題考查了物質性質的實驗設計和實驗分析判斷，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，為高考常見題型和高頻考點，掌握實驗基礎和物質性質是解題關鍵，題目難度中等．