Question

17．某實驗研究小組欲檢驗草酸晶體分解的產物并測定其純度（雜質不發生反應）．查閱資料：草酸晶體（ H₂C₂0₄•2H₂0）l00℃開始失水，101.5C熔化，150℃左右分解產生H₂O、CO和C0₂．下面是可供選擇的實驗儀器（圖中某些加熱裝置已略去），實驗所需藥品不限．

（l）最適宜加熱分解革酸晶體的裝置是C．若選裝置A可能會造成的后果是固體藥品熔化后會流到試管口；若選裝置B可能會造成的后果是冷凝水會倒流到試管底，造成試管破裂．
（2）三種氣體檢驗的先后次序是C（填編號）．
A．CO₂、H₂O、CO    B．CO、H₂O、CO₂    C．H₂O、CO₂、CO    D．H₂O、CO、CO₂
（3）實驗利用裝置“G（堿石灰）-F-D（CuO固體）-F”檢驗CO，則F中盛裝的試劑是澄清的石灰水，證明含有CO的現象是前一個F中沒有渾濁，后一個F中有沉淀，D中固體反應后從黑色變成紅色．
（4）把分解裝置與裝有NaOH溶液的E裝置直接組合，測量完全分解后所得氣體的體積，測定ag草酸晶體的純度．經實驗得到氣體的體積為V mL（已換算成標準狀況），則草酸純度的表達式為$\frac{{\frac{{126×V×{{10}^{-3}}}}{22.4}}}{a}$．
（5）請設計實驗方案測量草酸二級電離平衡常數K_a2的值：常溫時，用pH計測量0.100mol/L草酸鈉溶液的pH，則c（OH^-）=$\frac{Kw}{c（{H}^{+}）}$；依據C₂O₄^2-+H₂O?HC₂O₄^-+OH，計算$\frac{K_W}{{{K_{a2}}}}=\frac{{{c^2}（O{H^-}）}}{{0.1-c（O{H^-}）}}$，并根據方案中測得的物理量，寫出計算K_a2的表達式${K_{a2}}=\frac{{0.1-c（O{H^-}）}}{{{c^2}（O{H^-}）}}×{K_W}$．

Answer 1

分析 （1）草酸晶體的熔點低，受熱容易熔化，用C裝置加熱分解革酸晶體，熔融的固體不易流下，適用于加熱草酸，若選擇裝置A加熱會使固體熔融物溶化后流到試管口處，若選擇裝置B分解生成的水會倒流試管底部炸裂試管；
（2）150℃左右分解產生H₂O、CO和C0₂，三種氣體的檢驗順序應遵循現象明顯且不相互干擾，應先檢驗水，再檢驗二氧化碳，最后檢驗一氧化碳；
（3）實驗利用裝置“G（堿石灰）-F-D（CuO固體）-F”檢驗CO，通過裝置G吸收水和二氧化碳，通過裝置F檢驗二氧化碳是否除凈，通過裝置D檢驗是否有一氧化碳含有氧化銅為銅，最后通過裝置F檢驗是否生成二氧化碳氣體；
（4）草酸晶體（ H₂C₂0₄•2H₂0）l00℃開始失水，101.5C熔化，150℃左右分解產生H₂O、CO和C0₂．反應的化學方程式為：H₂C₂0₄•2H₂0$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3H₂O+CO+C0₂，實驗得到氣體的體積為V mL（已換算成標準狀況），為一氧化碳，物質的量和草酸晶體物質的量相同，據此計算；
（5）常溫時，用pH計測量0.100 mol/L 草酸鈉溶液的pH，依據水解平衡C₂O₄^2-+H₂O?HC₂O₄^-+OH^-，計算平衡常數Kh=$\frac{c（O{H}^{-}）c（H{C}_{2}{{O}_{4}}^{-}）}{c（{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{Kw}{K{a}_{2}}$．

解答 解：（1）最適宜加熱分解革酸晶體的裝置是C．若選裝置A可能會造成的后果是固體藥品熔化后會流到試管口，若選裝置B可能會造成的后果是冷凝水會倒流到試管底，造成試管破裂，
故答案為：固體藥品熔化后會流到試管口；冷凝水會倒流到試管底，造成試管破裂；
（2）150℃左右分解產生H₂O、CO和C0₂，三種氣體的檢驗順序應遵循現象明顯且不相互干擾，應先檢驗水，再檢驗二氧化碳，最后檢驗一氧化碳；
故答案為：C；
（3）實驗利用裝置“G（堿石灰）-F-D（CuO固體）-F”檢驗CO，通過裝置G吸收水和二氧化碳，通過裝置F檢驗二氧化碳是否除凈，通過裝置D檢驗是否有一氧化碳含有氧化銅為銅，最后通過裝置F檢驗是否生成二氧化碳氣體，
故答案為：澄清的石灰水；前一個F中沒有渾濁，后一個F中有沉淀，D中固體反應后從黑色變成紅色；
（4）反應的化學方程式為：H₂C₂0₄•2H₂0$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3H₂O+CO+C0₂，實驗得到氣體的體積為V mL（已換算成標準狀況），為一氧化碳，物質的量和草酸晶體物質的量相同，n（H₂C₂0₄•2H₂0）=n（CO）=$\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}$mol/L，
草酸純度的表達式=$\frac{\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}mol×126g/mol}{ag}$=$\frac{{\frac{{126×V×{{10}^{-3}}}}{22.4}}}{a}$，
故答案為：$\frac{{\frac{{126×V×{{10}^{-3}}}}{22.4}}}{a}$；
（5）常溫時，用pH計測量0.100 mol/L 草酸鈉溶液的pH，則c（OH^-）=$\frac{Kw}{c（{H}^{+}）}$；依據 C₂O₄^2-+H₂O?HC₂O₄^-+OH^-，Kh=$\frac{c（O{H}^{-}）c（H{C}_{2}{{O}_{4}}^{-}）}{c（{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）c（H{C}_{2}{{O}_{4}}^{-}）}{c（{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{Kw}{K{a}_{2}}$，則$\frac{K_W}{{{K_{a2}}}}=\frac{{{c^2}（O{H^-}）}}{{0.1-c（O{H^-}）}}$，得到${K_{a2}}=\frac{{0.1-c（O{H^-}）}}{{{c^2}（O{H^-}）}}×{K_W}$，
故答案為：${K_{a2}}=\frac{{0.1-c（O{H^-}）}}{{{c^2}（O{H^-}）}}×{K_W}$．

點評 本題考查了物質在的探究實驗過程分析判斷，主要是物質檢驗、物質含量的測定方法分析應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．