Question

（2013?寶應縣二模）甲醛（CH₂O）是世界衛(wèi)生組織確認的致癌致畸物質之一．
我國規(guī)定：室內(nèi)甲醛含量不得超過8×10^-5mg/L．某研究性學習小組利用KMnO₄和H₂SO₄的混和液測定居室內(nèi)空氣中甲醛的含量．

【實驗原理】
KMnO₄和H₂SO₄的混和液與甲醛的反應方程式為：4KMnO₄+5CH₂O+6H₂SO₄=4MnSO₄+2K₂SO₄+5X↑+11H₂O
①其中X的化學式為

CO₂

；
②隨著甲醛的不斷通入，溶液的PH

變大

（填“變大”、“變小”或“不變”），但由于測定的需要，配制混和液時使用了過量的硫酸，因此反應結束時溶液的PH

＜

7（填“＞”、“＜”或“=”）．
③隨著甲醛的不斷通入，溶液的紫紅色不斷褪去，到剛好變?yōu)闊o色時，通入的甲醛與混和液中的KMnO₄恰好完全反應；此時只要知道原混和液質量以及其中

高錳酸鉀

的質量分數(shù)，就可利用前述反應方程式計算出通入的甲醛質量．
【實驗裝置】如圖1；
【實驗步驟】
④檢查該裝置氣密性的方法之一是：打開 a 和b，撥出雙孔塞，向集氣瓶中加蒸餾水至浸沒左導管口約2cm，塞上雙孔塞，再關閉

a

（填“a”或“b”），最后抽或推注射器，造成左導管與瓶內(nèi)產(chǎn)生液面差；若液面差穩(wěn)定，則裝置

氣密

（填“氣密”或“不氣密”）．
⑤若裝置氣密，則加混和液前

不要

（填“要”或“不要”） 將集氣瓶中蒸餾水先倒出．
⑥向集氣瓶中加入5.00g 混和液（其中KMnO₄的質量分數(shù)為1.58×10^-4），再向其中加適量蒸餾水，擴大液體的量以利吸收甲醛．
⑦先打開

a

（填“a”或“b”），關閉另一個活塞，每次用注射器抽取100mL室內(nèi)空氣，然后進行相反關開活塞的操作，再推動注射器，將氣體全部推入酸性高錳酸鉀溶液中，使其充分反應，如此反復多次直至溶液剛好完全褪色，計下推入氣體次數(shù)．
【數(shù)據(jù)處理】
⑧若實驗中，當?shù)?50次將氣體壓送到洗氣瓶中時，溶液的紅色剛好褪去，則該居室內(nèi)空氣中甲醛含量

不符合

規(guī)定（填“符合”或“不符合”）．
己知：KMnO₄、CH₂O的相對分子質量依次為158、30；1g=1000mg；1L=1000mL
計算過程：

解：設甲醛的質量為x
4KMnO₄ +5CH₂O+6H₂SO₄ =4MnSO₄+2K₂SO₄+5CO₂↑+11H₂O
4×158 5×30
5.00g×1.58×10^-4x

4×158

5.00g×1.58×10-4

=

5×30

x

x=1.875×10^-4
因為每次用注射器抽取100mL室內(nèi)空氣，第250次恰好反應，則通入的空氣體積為：100ml×250=25000mL=25L，所以該居室內(nèi)空氣中甲醛的含量

1.875×10-4g

25L

=0.0075mg/L=7.5×10^-3mg/L＞8×10^-5mg/L，故不符合

，通入的空氣體積為

25

L
【誤差分析】
⑨某同學用該方法測量空氣中甲醛的含量時，所測得的數(shù)值比實際含量低，你認為其可能的原因是（假設溶液配制、量取過程均無錯誤）：

沒有攪拌，甲醛和高錳酸鉀反應不完全

、

空氣中的其它氣體和高錳酸鉀反應

（要答出2種可能性）．
【交流討論】
⑩實驗后的交流中，有小組成員認為：可將插入混和溶液的管子下端改成具有多孔的球泡（如圖2），有利于提高實驗的準確度，其理由是

增大了甲醛和溶液的接觸面積

．

Answer 1

分析：①根據(jù)化學反應前后原子的種類和個數(shù)都不變，分析X的化學式；
②根據(jù)反應過程中硫酸逐漸參加反應分析溶液PH的變化；根據(jù)配制混和液時使用了過量的硫酸，因此溶液呈現(xiàn)酸性，判斷pH；
③根據(jù)信息甲醛與混和液中的KMnO₄恰好完全反應，可依據(jù)化學方程式中高錳酸鉀的質量計算甲醛的質量分析；
④根據(jù)檢查該裝置氣密性時要注意形成一個密閉的空間分析開關的閉合情況；
⑤根據(jù)向集氣瓶中加入5.00g 混和液，需要向其中加適量蒸餾水，擴大液體的量以利吸收甲醛分析蒸餾水的處理；
⑦根據(jù)吸取室內(nèi)的氣體需要通過a開關，而將氣體推進溶液中需要通過b開關分析；
⑧根據(jù)高錳酸鉀的質量計算甲醛的質量，然后計算空氣中甲醛的含量和標準進行比較得出結論；
⑨根據(jù)導氣管和溶液局部接觸，反應不充分或從空氣的氣體氣體可能和高錳酸鉀反應等進行猜想；
⑩根據(jù)導氣管和多孔的球泡的不同處分析優(yōu)點．

解答：解：①根據(jù)質量守恒定律化學反應前后原子的種類和個數(shù)都不變，反應前后K原子的個數(shù)都是4個，Mn的原子個數(shù)是4個，S原子的個數(shù)是6個，H原子的個數(shù)是22個，而反應前C原子的個數(shù)是5個，O原子的個數(shù)是45個，而反應后沒有C原子，35個O原子，故缺少5個C原子，10個O原子，X的化學式前的化學計量數(shù)是5，所以X的化學式是CO₂；故答案為：CO₂；
②混合液中含有硫酸，反應過程中硫酸逐漸參加反應，因此溶液的酸性會減弱，則pH會變大；因為配制混和液時使用了過量的硫酸，因此反應結束時溶液呈現(xiàn)酸性，故pH會小于7；故答案為：變大；＜；
③根據(jù)信息甲醛與混和液中的KMnO₄恰好完全反應，因此可依據(jù)化學方程式中高錳酸鉀的質量計算甲醛的質量，而高錳酸鉀的質量=混合液的質量×高錳酸鉀的質量分數(shù)；故答案為：高錳酸鉀；
④檢查該裝置氣密性時要注意形成一個密閉的空間，因此在抽或推注射器前要先關閉開關a，防止空氣進入集氣瓶內(nèi)；因為通過抽或推注射器，使裝置內(nèi)的氣壓變小或變大，從而造成左導管與瓶內(nèi)產(chǎn)生液面差且液面差穩(wěn)定，所以裝置的氣密性良好；故答案為：a；氣密；
⑤因為向集氣瓶中加入5.00g 混和液，需要向其中加適量蒸餾水，擴大液體的量以利吸收甲醛，因此原有的蒸餾水可以不要倒走；故答案為：不要；
⑦吸取室內(nèi)的氣體需要通過a開關，而將氣體推進溶液中需要通過b開關，因此要用注射器取空氣藥品時，要先打開a，關閉b；故答案為：a；
⑧根據(jù)高錳酸鉀的質量計算甲醛的質量，然后計算空氣中甲醛的含量和標準進行比較得出結論；
故解：設甲醛的質量為x
4KMnO₄ +5CH₂O+6H₂SO₄ =4MnSO₄+2K₂SO₄+5CO₂↑+11H₂O
4×158           5×30  
5.00g×1.58×10^-4  x

4×158

5.00g×1.58×10-4

=

5×30

x

   x=1.875×10^-4
因為每次用注射器抽取100mL室內(nèi)空氣，第250次恰好反應，則通入的空氣體積為：100ml×250=25000mL=25L，所以該居室內(nèi)空氣中甲醛的含量

1.875×10-4g

25L

=0.0075mg/L=7.5×10^-3mg/L＞8×10^-5mg/L，故不符合；
⑨用該方法測量空氣中甲醛的含量時，所測得的數(shù)值比實際含量低，可能是沒有攪拌，甲醛和高錳酸鉀反應不完全；空氣中的其它氣體和高錳酸鉀反應；故答案為：沒有攪拌，甲醛和高錳酸鉀反應不完全；空氣中的其它氣體和高錳酸鉀反應；
⑩導氣管的面積較小，會使反應不充分，而多孔的球泡能夠增大反應物的接觸面積；
故答案為：增大了甲醛和溶液的接觸面積．

點評：本題是有關室內(nèi)甲醛含量的測定的探究，涉及的知識點較多：質量守恒定律的運用、溶液pH的變化、裝置氣密性的檢查、取用樣品的方法、根據(jù)化學方程式的計算、裝的評價等，綜合性較強，難度較大．