Question

6．草酸（H₂C₃O₄）是一種重要的有機化工原料，為探究草酸的制取和草酸的性質，進行如下實驗．
實驗Ⅰ：實驗室用硝酸氧化淀粉水解液法制備草酸，裝置如圖所示：
①一定量的淀粉水解液加入三勁燒瓶中
②控制反應溫度55～60℃，邊攪拌邊緩慢滴加一定量的混合酸（65%的H₂SO₄與98%的H₂SO₄的質量比2：1.25）
③反應3小時，冷卻，有隨后再重結晶得到草酸晶體
硝酸氧化淀粉水解液的反應為：
C₈H₁₂O₆+12HNO₃═3H₃C₂O₄+9NO₂↑+3NO↑+9H₂O
（1）裝置B的作用是安全瓶（或防止C中液體倒吸進A中）
（2）如何檢驗該裝置的氣密性：關閉分液漏斗甲的活塞，將C中導管口插入燒杯中的水中，用酒精燈稍微加熱三頸燒瓶，若導管口產生氣泡，冷卻后，導管口產生一段水柱，則氣密性良好
（3）要控制反應溫度55～60℃，應選擇加熱的方式是水浴加熱，C裝置中應加入NaOH溶液．
實驗Ⅱ：探究草酸與酸性高錳酸鉀的反應
（4）向草酸溶液中逐滴加硫酸酸化的高錳酸鉀溶液時，可觀察到溶液由紫紅色變為近乎無色，寫出上述反應的離子方程式：5H₂C₂O₄+6H⁺+2MnO₄^-=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
（5）學習小組的同學發現，當向草酸溶液中逐滴加入硫酸酸化的高錳酸鉀溶液時，溶液褪色總是先慢后快，為探究其原因，同學們做了如下對比實驗：

實驗序號	H2C2O4（aq）		KMnO4（H+）（aq）		MnSO4（s） 質量（g）	褪色時間（g）
	C（mo•L-1）	V（mL）	C（mol•L-1）	V（mL）
實驗1	0.1	2	0.01	4	0	30
實驗2	0.1	2	0.01	4	5	4

由此你認為溶液褪色總是先慢后快的原因是生成的Mn²⁺對此反應起催化劑的作用
（6）為測定上述實驗中得到草酸的純度，取5.0g該草酸樣品，配制成250mL溶液，然后取25.00mL此溶液溶于錐形瓶中，將0.10mol/L酸性KMnO₄溶液裝在酸式滴定管（填儀器名稱）中進行滴定，達到滴定終點時的現象是溶液由無色變為紫色，且半分鐘不褪色．
若消耗酸性KMnO₄溶液體積為20.00mL，則該草酸樣品的純度為90%．

Answer 1

分析 （1）反應生成的氣體與C中氫氧化鈉溶液反應，容易發生倒吸現象，裝置B為安全瓶，起到了防止倒吸的作用；
（2）把分液漏斗的活塞關閉，然后把導管插入C中，稍稍加熱A，根據C中產生的現象判斷裝置的氣密性；
（3）該反應中產生的二氧化氮、NO有毒，需要用氫氧化鈉溶液吸收；
（4）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能夠將草酸氧化，據此寫出反應的離子方程式；
（5）對比試驗1和試驗2的反應條件的區別，可以得出影響化學反應速率的因素；
（6）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，應該選用酸式滴定管盛放；根據滴定結束前溶液為無色、滴定結束后溶液變成紫色判斷滴定終點；結合酸性高錳酸鉀的物質的量及反應的離子方程式計算出反應中消耗的草酸的物質的量，再計算出草酸的純度．

解答 解：（1）反應中生成的二氧化氮、NO能夠與氫氧化鈉溶液反應生成亞硝酸鈉，容易發生倒吸現象，裝置B為安全瓶，可以防止C中液體倒吸入A中，
故答案為：安全瓶（或防止C中液體倒吸進A中）；
（2）檢驗該裝置的氣密性方法為：關閉分液漏斗甲的活塞，將C中導管口插入燒杯中的水中，用酒精燈稍微加熱三頸燒瓶，若導管口產生氣泡，冷卻后，導管口產生一段水柱，則氣密性良好，
故答案為：關閉分液漏斗甲的活塞，將C中導管口插入燒杯中的水中，用酒精燈稍微加熱三頸燒瓶，若導管口產生氣泡，冷卻后，導管口產生一段水柱，則氣密性良好；
（3）反應生成的氣體為二氧化氮和NO，二者都有毒，需要使用尾氣吸收裝置，二氧化氮和一氧化氮能夠與氫氧化鈉溶液反應生成亞硝酸鈉，所以C中的液體可以為NaOH溶液，
故答案為：水浴加熱；NaOH；
（4）酸性高錳酸鉀具有強氧化性，草酸能夠被氧化，導致酸性高錳酸鉀溶液褪色，反應的離子方程式為：5H₂C₂O₄+6H⁺+2MnO₄^-=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄+6H⁺+2MnO₄^-=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（5）通過兩組實驗比較知，其它條件相同，試驗2中加入硫酸錳，其反應時間短，說明反應速率快，從而證明反應生成的Mn²⁺有催化作用，加快了反應速率，
故答案為：生成的Mn²⁺對此反應起催化劑的作用；
（6）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，不能使用堿式滴定管盛放，應該選用酸式滴定管盛放酸性高錳酸鉀溶液；滴定過程中，高錳酸根離子完全反應，溶液為無色，草酸完全反應后，高錳酸根離子過量，溶液呈紫色，所以滴定終點的現象為：溶液由無色變為紫色，且半分鐘不褪色；
20mL 0.1mol/L的高錳酸鉀的物質的量為：0.1mol/L×0.02L=0.002mol，根據反應5H₂C₂O₄+6H⁺+2MnO₄^-=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，5.0g該草酸樣品中含有草酸的物質的量為：0.002mol×$\frac{5}{2}$=0.005mol，該樣品中草酸的純度為：$\frac{90g/mol×0.05mol}{5.0g}$×100%=90%，
故答案為：酸式滴定管；溶液由無色變為紫色，且半分鐘不褪色；90%．

點評 本題考查了性質實驗方案的設計與評價，題目難度中等，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用基礎知識的能力，注意掌握化學實驗基本操作方法，明確常見物質的性質及化學實驗方案設計原則．