Question

【題目】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(jiǎn)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，其熔點(diǎn)為101.5℃，在157℃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1 mL飽和NaHCO3溶液的試管中加入足量乙二酸溶液，觀察到有無(wú)色氣泡產(chǎn)生。該反應(yīng)的離子方程式為___________________________________。

（2）向盛有乙二酸飽和溶液的試管中滴入幾滴硫酸酸化的KMnO4溶液，振蕩，發(fā)現(xiàn)其溶液的紫紅色褪去，說(shuō)明乙二酸具有_____________(填“氧化性”、“還原性”或“酸性”)，請(qǐng)配平該反應(yīng)的離子方程式：

____ MnO4–+ ____ H2C2O4+ ____ H+ ____ Mn2++ ____CO2↑ + ____ H2O

（3）將一定量的乙二酸放于試管中，按下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(注：忽略草酸的升華，且夾持裝置未標(biāo)出)：

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：裝置C、G中澄清石灰水變渾濁，B中CuSO4粉末變藍(lán)，F(xiàn)中CuO粉末由黑色變?yōu)榧t色。據(jù)此回答：

上述裝置中，D的作用是__________________.乙二酸分解的化學(xué)方程式為______________________________________.

（4）該小組同學(xué)將2.52 g草酸晶體(H2C2O4·2H2O)加入到100 mL 0.2 mol/L的NaOH溶液中充分反應(yīng)，測(cè)得反應(yīng)后溶液呈酸性，其原因是______________________（用文字簡(jiǎn)單表述）。

（5）以上溶液中各離子的濃度由大到小的順序?yàn)?/span>_________（用離子符號(hào)表示）。

Answer 1

【答案】HCO3-＋H2C2O4=HC2O4-＋CO2↑＋H2O 還原性 2 5 6 2 10 8 除去混合氣體中的CO2 H2C2O4H2O＋CO↑＋CO2↑ 反應(yīng)所得溶液為NaHC2O4溶液，由于HC2O4-的電離程度比水解程度大，導(dǎo)致溶液中c(H＋)>c(OH－)，所以溶液呈酸性 c(Na＋)>c(HC2O4-)>c(H＋)>c(C2O42-)>c(OH－)

【解析】

(1)因?yàn)椴菟岬乃嵝员忍妓釓?qiáng)，反應(yīng)會(huì)生成CO2和水，因“足量的草酸”，故還生成NaHC2O4。

(2)溶液的紫紅色褪去說(shuō)明KMnO4被還原，草酸具有還原性。根據(jù)化合價(jià)升降守恒和電荷守恒配平。

(3)根據(jù)題給裝置和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，本實(shí)驗(yàn)的目的是加熱草酸使其分解，然后依次檢驗(yàn)草酸分解的產(chǎn)物。B管中“CuSO4粉末變藍(lán)”說(shuō)明分解產(chǎn)物中有水蒸氣，C瓶中澄清石灰水變渾濁說(shuō)明草酸分解產(chǎn)生CO2，D瓶NaOH溶液的作用是吸收過(guò)量的CO2，E瓶濃硫酸吸收氣流中的水蒸氣，F中CuO粉末由黑色變?yōu)榧t色，說(shuō)明CuO被還原為Cu，從草酸組成元素看還原性氣體只可能是CO，CO被氧化為CO2，所以G瓶中澄清石灰水變渾濁，根據(jù)產(chǎn)物即可寫出草酸分解的化學(xué)方程式。

(4)因?yàn)椴菟崾嵌�元�?/span>，與NaOH中和反應(yīng)的產(chǎn)物因酸、堿物質(zhì)的量之比不同產(chǎn)物不同：H2C2O4+2NaOH=Na2C2O4+2H2O或H2C2O4+NaOH=NaHC2O4+H2O，根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)分析溶液顯酸性的原因。

(5)根據(jù)(4)溶液中溶質(zhì)的電離和水解反應(yīng)的相對(duì)強(qiáng)弱分析各離子濃度的大小關(guān)系。

(1)因乙二酸屬于二元中強(qiáng)酸，酸性強(qiáng)于碳酸，根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸的原理，NaHCO3與H2C2O4反應(yīng)有CO2和水生成，又因乙二酸足量，故生成酸式鹽NaHC2O4，其離子方程式為：H2C2O4+HCO3-=HC2O4-+CO2↑+H2O。

(2)KMnO4溶液顯紫紅色，因?yàn)椤叭芤旱淖霞t色褪去”說(shuō)明KMnO4被還原，所以草酸具有還原性。錳元素由MnO4-中的+7價(jià)降到Mn2+中的+2價(jià)，每個(gè)Mn降低5價(jià)，碳元素由H2C2O4中的+3價(jià)升高到CO2中的+4價(jià)，每個(gè)H2C2O4升高2價(jià)，根據(jù)化合價(jià)升高的總價(jià)數(shù)=化合價(jià)降低的總價(jià)數(shù)，MnO4-和Mn2+計(jì)量數(shù)均為2，H2C2O4的計(jì)量數(shù)為5，CO2計(jì)量數(shù)為10，再根據(jù)電荷守恒可知H+的計(jì)量數(shù)為6，最后根據(jù)氫元素守恒可知H2O的計(jì)量數(shù)為8。配平了的離子方程式為：2MnO4-+5H2C2O4+6H+2Mn2++10CO2↑+8H2O。

(3)根據(jù)題給裝置和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，本實(shí)驗(yàn)的目的是加熱草酸使其分解，然后依次檢驗(yàn)草酸分解的產(chǎn)物。B管中“CuSO4粉末變藍(lán)”說(shuō)明乙二酸分解產(chǎn)生了水蒸氣，C瓶中“澄清石灰水變渾濁”說(shuō)明草酸分解產(chǎn)生了CO2，D瓶NaOH溶液的作用是吸收混合氣體中過(guò)量的CO2，E瓶濃硫酸吸收氣體中的水蒸氣，根據(jù)“F中CuO粉末由黑色變?yōu)榧t色”，可推知黑色的CuO被還原為紫紅色的Cu，CuO被還原，說(shuō)明分解產(chǎn)物中有還原性氣體，從草酸組成元素看還原性氣體只可能是CO，CuO將CO氧化為CO2，CO2使G瓶中澄清石灰水變渾濁，據(jù)此可知乙二酸分解的化學(xué)方程式為：H2C2O4CO2↑+CO↑+H2O。

(4)草酸晶體(H2C2O4·2H2O)的摩爾質(zhì)量為126g/mol，2.52g草酸晶體的物質(zhì)的量==0.02mol，100mL0.2 mol/L的NaOH溶液中NaOH的物質(zhì)的量=0.1L×0.2mol/L=0.02mol，n(H2C2O4):n(NaOH)=1:1，發(fā)生的反應(yīng)是H2C2O4+NaOH=NaHC2O4+H2O充分反應(yīng)后所得溶液是NaHC2O4溶液，HC2O4-既能電離HC2O4-H++C2O42-，又能水解HC2O4-+H2OH2C2O4+OH-，既然溶液顯酸性，則可推知：HC2O4-電離程度大于其水解程度，導(dǎo)致溶液中c(H+)>c(OH-)，所以溶液顯酸性。

(5) 由(4)可知NaHC2O4溶液中HC2O4-電離程度大于其水解程度，且電離和水解都是微弱的，溶液中c(H+)>c(OH-)，所以溶液中各離子的濃度由大到小的順序是：c(Na+)>c(HC2O4-)>c(H+)>c(C2O42-)>c(OH-) 。