Question

4．某校化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組查閱資料了解到以下內(nèi)容：
乙二酸（HOOC-COOH，可簡寫為H₂C₂O₄）俗稱草酸，易溶于水，屬于二元中強(qiáng)酸（為弱電解質(zhì)），且酸性強(qiáng)于碳酸，草酸在常溫下呈無色晶體狀，其晶體的熔化溫度低于草酸的分解溫度，且易升華．
為探究草酸的部分化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：
（1）向盛有1mL飽和NaHCO₃溶液的試管中加入足量乙二酸溶液，觀察到有無色氣泡產(chǎn)生．該反應(yīng)的離子方程式為HCO₃^-+H₂C₂O₄═HC₂O₄^-+CO₂↑+H₂O．
（2）取一定量草酸溶液裝入試管，加入一定體積的酸性高錳酸鉀溶液，振蕩試管，發(fā)現(xiàn)溶液開始緩慢褪色，后來迅速變成無色．（反應(yīng)熱效應(yīng)不明顯，可忽略不計(jì)）
①該實(shí)驗(yàn)說明草酸具有還原（填“氧化”或“還原”）性，該反應(yīng)的反應(yīng)速率先慢后快的主要原因可能是反應(yīng)產(chǎn)生的錳離子起催化作用或錳離子濃度增加，加快了反應(yīng)速率．
②配平：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6 H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（3）為了探究草酸的不穩(wěn)定性，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)裝置：

①C、H裝置均變渾濁，E處無現(xiàn)象，G玻璃管里黑色變紅色，寫出A中反應(yīng)的化學(xué)方程式：H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO↑+CO₂↑．
②上述裝置中，B裝置的作用是冷凝草酸蒸氣，避免對(duì)二氧化碳的檢驗(yàn)產(chǎn)生干擾，D的作用是除去混合氣體中的CO₂．
從環(huán)境保護(hù)角度來看，該方案的不足之處是沒有尾氣處理裝置．
（4）該小組同學(xué)將2.52g草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）加入到100mL 0.2mol•L^-1的NaOH溶液中充分反應(yīng)，測(cè)得反應(yīng)后溶液呈酸性，形成的溶液中各離子的濃度由大到小的順序?yàn)镹a⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^-＞OH^-（用離子符號(hào)表示）．

Answer 1

分析 （1）草酸酸性強(qiáng)于碳酸，所以草酸能和碳酸氫鈉反應(yīng)生成二氧化碳；
（2）①酸性高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，草酸能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明草酸能將酸性高錳酸鉀溶液還原，則草酸作還原劑；生成的錳離子能作催化劑而加快反應(yīng)速率；
②該反應(yīng)中Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)變?yōu)?2價(jià)、C元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)是10，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒、電荷守恒配平方程式；
（3）草酸不穩(wěn)定，受熱易分解，且草酸易升華，所以分解產(chǎn)物中含有草酸，草酸常溫下為無色晶體，所以B裝置作用是冷卻草酸蒸氣，C裝置是檢驗(yàn)二氧化碳，D裝置有堿性溶液，能吸收二氧化碳，E裝置檢驗(yàn)二氧化碳是否除盡，F(xiàn)裝置干燥氣體，如果G裝置中固體變紅色、H裝置溶液變渾濁，說明生成氣體中含有CO，
①C、H裝置均變渾濁，說明含有二氧化碳，E處無現(xiàn)象，說明從D處出來的氣體中不含二氧化碳，G玻璃管里黑色變紅色，說明含有還原性氣體，根據(jù)反應(yīng)物和生成物及反應(yīng)條件書寫方程式；
②B裝置具有冷卻作用，D裝置吸收二氧化碳；CO有毒，不能直接排空；
（4）n（H₂C₂O₄•2H₂O）=$\frac{2.52g}{126g/mol}$=0.02mol，n（NaOH）=0.2mol/L×0.1L=0.02mol，二者恰好完全反應(yīng)生成草酸氫鈉，混合后溶液呈酸性，說明草酸氫根離子電離程度大于水解程度，結(jié)合電荷守恒判斷離子濃度大小．

解答 解：（1）草酸酸性強(qiáng)于碳酸，所以草酸能和碳酸氫鈉反應(yīng)生成二氧化碳，離子方程式為HCO₃^-+H₂C₂O₄═HC₂O₄^-+CO₂↑+H₂O，
故答案為：HCO₃^-+H₂C₂O₄═HC₂O₄^-+CO₂↑+H₂O；
（2）①酸性高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，草酸能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明草酸能將酸性高錳酸鉀溶液還原，則草酸作還原劑，則草酸體現(xiàn)還原性；生成的錳離子能作催化劑而加快反應(yīng)速率，
故答案為：還原；反應(yīng)產(chǎn)生的錳離子起催化作用或錳離子濃度增加，加快了反應(yīng)速率；
②該反應(yīng)中Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)變?yōu)?2價(jià)、C元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)是10，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒、電荷守恒配平方程式為2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：2；5；6；2；10；8H₂O；
（3）草酸不穩(wěn)定，受熱易分解，且草酸易升華，所以分解產(chǎn)物中含有草酸，草酸常溫下為無色晶體，所以B裝置作用是冷卻草酸蒸氣，C裝置是檢驗(yàn)二氧化碳，D裝置有堿性溶液，能吸收二氧化碳，E裝置檢驗(yàn)二氧化碳是否除盡，F(xiàn)裝置干燥氣體，如果G裝置中固體變紅色、H裝置溶液變渾濁，說明生成氣體中含有CO，
①C、H裝置均變渾濁，說明含有二氧化碳，E處無現(xiàn)象，說明從D處出來的氣體中不含二氧化碳，G玻璃管里黑色變紅色，說明含有還原性氣體，根據(jù)反應(yīng)物和生成物及反應(yīng)條件書寫方程式為H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO↑+CO₂↑，故答案為：H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO↑+CO₂↑；
②草酸能和氫氧化鈣反應(yīng)生成沉淀而干擾二氧化碳檢驗(yàn)，所以B裝置具有冷卻草酸蒸氣作用，避免對(duì)二氧化碳檢驗(yàn)的干擾；D裝置吸收二氧化碳，除去混合氣體中的二氧化碳；CO有毒，不能直接排空，所以應(yīng)該有尾氣處理裝置，
故答案為：冷凝草酸蒸氣，避免對(duì)二氧化碳的檢驗(yàn)產(chǎn)生干擾；除去混合氣體中的CO₂；沒有尾氣處理裝置；
（4）n（H₂C₂O₄•2H₂O）=$\frac{2.52g}{126g/mol}$=0.02mol，n（NaOH）=0.2mol/L×0.1L=0.02mol，二者恰好完全反應(yīng)生成草酸氫鈉，混合后溶液呈酸性，說明草酸氫根離子電離程度大于水解程度，水電離生成氫離子，結(jié)合電荷守恒判斷離子濃度大小為Na⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^-＞OH^-，故答案為：Na⁺＞HC₂O₄^-＞H⁺＞C₂O₄^-＞OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理及物質(zhì)性質(zhì)、檢驗(yàn)方法是解本題關(guān)鍵，知道各個(gè)裝置的作用及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，注意二氧化碳、CO檢驗(yàn)先后順序，題目難度中等．