Question

5．乙二酸（H₂C₂O₄）是一種重要的化工產品．可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，自身被氧化為CO₂．乙二酸制備工藝流程如圖：

氧化時控制反應液溫度為55-60℃邊攪拌邊緩慢滴加濃HNO₃，H₂SO₄混合液，可發(fā)生下列反應：
C₆H₁₂O₆+18HNO₃→3H₂C₂O₄+18NO₂↑+12H₂O
C₆H₁₂O₆+6HNO₃→3H₂C₂O₄+6NO+6H₂O
（1）檢驗氧化后的溶液中是否仍含有葡萄糖的實驗方案中用到的試劑為取氧化后所得溶液，加入過量NaOH溶液，再向其中加入新制Cu（OH）₂，加熱，若有磚紅色沉淀產生，說明含有葡萄糖．
（2）氧化時需控制反應液溫度為55-60℃，不能超過60℃的原因是溫度過低反應過慢，若溫度過高硝酸會分解（或揮發(fā)）．
（3）H₂C₂O₄能使酸性KMnO₄溶液褪色，其離子方程式為5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O．
（4）生產中產生的NO_x用氧氣和水吸收后產生硝酸循環(huán)利用，若尾氣NO_x中n（NO₂）：n（NO）=1：2，且NO_x的吸收轉化率為90%．計算：理論上，每生產6.3kg乙二酸至少需要補充質量分數為63%的硝酸溶液多少千克．（寫出計算過程）

Answer 1

分析 （1）葡萄糖含有醛基，取氧化后所得溶液，加入過量NaOH溶液，加入新制Cu（OH）₂，加熱，檢驗葡萄糖；
（2）若溫度過低反應過慢，若溫度過高硝酸會分解（或揮發(fā)）；
（3）H₂C₂O₄與酸性KMnO₄溶液發(fā)生氧化還原反應生成二氧化碳、錳離子等，使溶液褪色；
（4）根據n=$\frac{m}{M}$計算乙二酸的物質的量，令反應生成NO₂的乙二酸的物質的量為xmol，則反應生成NO的乙二酸的物質的量為（100-x）mol，根據方程式計算生成氣體的物質的量，由氮元素守恒可知，損失的氣體的物質的量等于需要補充的硝酸的物質的量，據此解答．

解答 解：（1）檢驗氧化后的溶液中是否仍含有葡萄糖的實驗方案為：取氧化后所得溶液，加入過量NaOH溶液，再向其中加入新制Cu（OH）₂，加熱，若有磚紅色沉淀產生，說明含有葡萄糖，
故答案為：取氧化后所得溶液，加入過量NaOH溶液，再向其中加入新制Cu（OH）₂，加熱，若有磚紅色沉淀產生，說明含有葡萄糖；
（2）溫度過低反應過慢，若溫度過高硝酸會分解（或揮發(fā)），故氧化時控制反應液溫度為55～60℃，
故答案為：溫度過低反應過慢，若溫度過高硝酸會分解（或揮發(fā)）；
（3）H₂C₂O₄與酸性KMnO₄溶液發(fā)生氧化還原反應生成二氧化碳、錳離子等，反應的離子方程式為5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O；
（4）6.3kg乙二酸的物質的量為$\frac{6300g}{90g/mol}$=70mol，令反應生成NO₂的乙二酸的物質的量為xmol，則反應生成NO的乙二酸的物質的量為（70-x）mol，由方程式可知，反應生成的n（NO₂）=6x mol，n（NO）=2（70-x）mol，尾氣NO_x中n（NO₂）：n（NO）=1：2，故6x：2（70-x）=1：2，解得x=10，故需要補充硝酸為[6x+2（70-x）]mol×（1-90%）=[60+120]mol×（1-90%）=18mol，故需要加入硝酸溶液的質量為$\frac{18mol×63g/mol}{63%}$=1800g=1.8kg，
答：需要加入硝酸溶液的質為1.8kg．

點評 本題以乙二酸的制備為載體，考查糖類性質、實驗條件的控制、化學計算等，難度中等，（4）關鍵是根據氮元素守恒判斷損失的氣體的物質的量等于需要補充的硝酸的物質的量．