题目内容
【题目】用硝酸氧化淀粉水解的产物(C6H12O6)可以制备草酸,装置如下图所示(加热、搅拌和仪器固定装置均己略去)。
实验过程如下:
①将1∶1的淀粉水乳液与少许硫酸(98%)加入烧杯中,水浴加热至85℃~90℃,保持30 min,得到淀粉水解液,然后逐渐将温度降至60℃左右;
②将一定量的淀粉水解液加入三颈烧瓶中;
③控制反应液温度在55~60℃条件下,边搅拌边缓慢滴加一定量含有适量催化剂的混酸(65%HNO3与98%H2SO4的质量比为2:1.5)溶液;
④反应3h左右,冷却,减压过滤后得草酸晶体粗品,再重结晶得草酸晶体。
硝酸氧化淀粉水解液过程中可发生下列反应:
C6H12O6+12HNO3→3H2C2O4+9NO2↑+3NO↑+9H2O
C6H12O6+8HNO3→6CO2+8NO↑+10H2O
3H2C2O4+2HNO3→6CO2+2NO↑+4H2O
请回答下列问题:
(1)实验①加入少许98%硫酸的目的是:_____________________。
(2)冷凝水的进口是________(填a或b);实验中若混酸滴加过快,将导致草酸产量下降,其原因是______________________。
(3)装置B的作用是___________,为使尾气被充分吸收,C中的试剂是___________。
(4)重结晶时,将草酸晶体粗品经I加热溶解、Ⅱ趁热过滤、Ⅲ冷却结晶、Ⅳ过滤洗涤、Ⅴ干燥等实验步骤,得到较纯净的草酸晶体。该过程中可将粗品中溶解度较大的杂质在_________(填上述实验步骤序号)时除去;而粗品中溶解度较小的杂质最后留在_______(填“滤纸上”或“滤液中”)。
(5)将产品在恒温箱内约90℃以下烘干至恒重,得到二水合草酸。称取一定量该样品加适量水完全溶解,用KMnO4标准液滴定,反应的离子方程式为_________________。 滴定前后滴定管中的液面读数如图所示,则消耗KMnO4溶液的体积为_________。
(6)已知草酸是一种二元弱酸,草酸氢钠溶液(NaHC2O4)显酸性。常温下,向10 mL0.01 mol L -1IH2C2O4溶液中加入10mL0.01mol·L-1NaOH溶液时,溶液中各种离子的浓度由大到小的顺序为________________。
【答案】 起到催化剂的作用(或加快淀粉水解的速率) a 硝酸滴加速率过快,导致局部硝酸过量,使H2C2O4进一步被氧化 作安全瓶 NaOH溶液 IV 滤纸上 2MnO4- +5H2C2O4 +6H+ =2Mn2+ +10CO2↑+8H2O 16.00mL c(Na+) >c(HC2O4 ) >c(H+) >c(C2O42-) >c(OH- )
【解析】(1)实硷①加入98%硫酸少许的目的是:淀粉水解时,硫酸能起到催化剂的作用,加快淀粉水解的速度;(2)选择a作为冷凝水入口,下进上出,可以加快冷凝速度;实验中温度过高、硝酸浓度过大,都会导致H2C2O4进一步被氧化 ,故要控制混酸滴加速度;(3) 装置B起到安全瓶的作用,防止尾气吸收时引起倒吸;氮的氧化物排放到空气会造成污染,但能被强碱溶液吸收,为使尾气被充分吸收,C中的试剂是NaOH溶液;(4)草酸晶体在趁热过滤时可除去溶解度较小的杂质,在经冷却结晶、过滤洗涤后即Ⅳ除去,滤液中含有溶解度较大的杂质,而粗品中溶解度较小的杂质最后留在滤纸上;(5)KMnO4氧化草酸生成二氧化碳的同时被还原成锰盐,其反应离子方程式为:2MnO4- +5H2C2O4 +6H+=2Mn2+ +10CO2↑+8H2O;滴定前后滴定管中的液面读数如图所示,则消耗KMnO4溶液的体积为18.50mL-2.50mL=16.00mL;(6)H2C2O4和NaOH反应生成NaHC2O4,NaHC2O4溶液呈酸性说明溶液中电离大于水解,比较溶液中Na+、HC2O4-、C2O42-、H+离子的浓度从大到小的顺序为:c(Na+) >c(HC2O4 ) >c(H+) >c(C2O42-) >c(OH- )。