Question

2．草酸作为一种很重要的化工原料，某一个学习小组的同学拟用甘蔗渣为原料用水解一氧化一水解的技术来制取草酸如图1

Ⅰ、步骤④是减压抽滤（如图2），其优点是：加快过滤速度、得到较干燥的沉淀，当抽滤完毕或中途停止抽滤时，为了防止自来水倒吸入B装置，最佳的操作是慢慢打开活塞d，然后关闭水龙头．
Ⅱ、该小组同学为了确定产品H₂C₂O₄•xH₂O中的x值，进行下列实验：
①取w g产品配成100mL水溶液；
②量取25.00mL草酸溶液置于锥形瓶中，加入适量稀H₂SO₄后，用浓度为c mol•L^-1KMnO₄溶液滴定． 请回答下列问题：
（1）实验①中，需要用到的玻璃仪器有：玻璃棒、烧杯、胶头滴管和100mL容量瓶．
（2）写出草酸溶液与酸性高锰酸钾溶液反应的离子方程式：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（3）若滴定时，前后两次读数分别为a mL和b mL，由此计算出该草酸晶体的x值是$\frac{50W}{9c（b-a）}$-5
Ⅲ、该小组同学在做实验Ⅱ②时发现向草酸溶液中逐滴加入高锰酸钾溶液时，溶液褪色总是先慢后快，即反应速率由小变大．为此，他们设计了实验进行探究：
【实验用品】：仪器：试管（若干个并编号①，②，③…）、胶头滴管（若干支）、秒表
试剂：0.1mol/L H₂C₂O₄溶液、0.1mol/L KMnO₄溶液、稀硫酸、MnSO₄固体
【实验内容】：实验（1）：在①号和②号试管中分别先加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，然后各加10滴稀硫酸，且在②号试管中加入少量硫酸锰固体．再在两支试管中各加入5滴0.1mol/LKMnO₄溶液．现象如下（表1）

编号	①号试管	②号试管
褪色时间	90s	5s
实验现象	均有气泡产生；②号试管的溶液褪色比①号试管的溶液快，它们颜色变化如下：紫红色→红色→橙红色→橙色→黄色→无色．

实验（2）：在①号和②号试管中分别加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，在②号试管中再滴加l0滴稀硫酸，然后在两支试管中各加入5滴0.1mol/L 的高锰酸钾溶液．现象如下（表2）

编号	①号试管	②号试管
褪色时间	100s	90s
实验现象	均有气泡产生；②号试管的溶液褪色比①号试管的溶液快，它们颜色变化如下：紫红色→红色→橙红色→橙色→黄色→无色．

实验（3）：在①号、②号和③号试管中分别加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，然后在①、②、③号试管中依次加入10滴、l mL、2mL稀硫酸溶液，然后各加入5滴0.1mol/L的高锰酸钾溶液，然后置于温度为65℃的水浴中加热．观察现象如下（表3）．

编号	①号试管	②号试管	③号试管
褪色时间	88s	100s	120s
实验现象	均有气泡产生；①号试管的溶液褪色比②、③号试管的溶液快，它们颜色变化如下：紫红色→红色→橙红色→橙色→黄色→无色．

（1）设计实验（1）对应的假设是反应产物中的Mn²⁺可能是反应的催化剂．
实验（1）得出的结论是Mn²⁺（或硫酸锰）在反应中起到催化剂的作用，加快了反应速率[或需要Mn²⁺（硫酸锰）作催化剂]，假设1成立．
（2）由实验（2）和实验（3）得出的结论是由表2和表3的实验结果可知：硫酸对草酸和高锰酸钾溶液的反应有影响，加入少量硫酸，可促进草酸和KMnO₄溶液反应，而加入大量硫酸，草酸和高锰酸钾溶液的反应速率开始比较慢，随着反应的进行，褪色速率加快，温度对该反应速率影响不大．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）减压的操作优点是：可加快过滤速度，并能得到较干燥的沉淀；抽滤完毕或中途停止抽滤时，为保持内外压强的平衡，应先断开连接安全瓶与抽气装置间的橡皮管，该装置只需慢慢打开活塞d，然后关闭抽气装置中的水龙头；
Ⅱ、（1）配制准确浓度的草酸溶液，所需要的实验仪器主要有天平（含砝码）、烧杯、量筒、100mL容量瓶、胶头滴管、玻璃棒等；
（2）酸性条件下，高锰酸钾具有强氧化性，能氧化还原性物质，草酸和酸性高锰酸钾溶液发生氧化还原反应生成二氧化碳、锰离子和水；
（3）滴定管的刻度由上而下刻度增大，滴定前后两次读数分别为amL和bmL，故消耗KMnO₄溶液体积（b-a）mL，根据关系式2KMnO₄～5H₂C₂O₄计算25.0mL草酸溶液中n（H₂C₂O₄），进而计算100mL草酸溶液中n′（H₂C₂O₄），计算草酸的质量，根据化学式质量分数计算求X的值；
【实验内容】：（1）根据表中数据知，有硫酸锰的溶液褪色时间短，反应速率快，没有硫酸锰的溶液褪色时间长、反应速率慢；
（2）根据对比实验中不同物理量确定褪色时间长短，从而确定反应速率的影响因素；

解答 解：Ⅰ、（1）减压的操作优点是：可加快过滤速度，并能得到较干燥的沉淀；抽滤完毕停止抽滤时，为防止倒吸，为保持内外压强的平衡，先慢慢打开活塞d，然后关闭水龙头，
故答案为：加快过滤速度、得到较干燥的沉淀；慢慢打开活塞d，然后关闭水龙头；
Ⅱ、（1）配制准确浓度的草酸溶液，所需要的实验仪器主要有天平（含砝码）称固体、烧杯溶解固体、100mL容量瓶配制溶液、胶头滴管定容、玻璃棒搅拌引流等，所以缺少玻璃仪器为100mL容量瓶，
故答案为：100mL容量瓶；
（2）草酸溶液与酸性高锰酸钾溶液发生氧化还原反应，生成锰离子、二氧化碳、水，该离子反应为5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（3）滴定管的刻度由上而下刻度增大，滴定前后两次读数分别为amL和bmL，故消耗KMnO₄溶液体积（b-a）mL，
n（KMnO₄）=c mol•L^-1×（b-a）×10^-3L=c×（b-a）×10^-3mol，
根据关系式2KMnO₄～5H₂C₂O₄可知25.0mL草酸溶液中n（H₂C₂O₄）=2.5×c×（b-a）×10^-3mol，
则100mL草酸溶液中n′（H₂C₂O₄）=2.5×c×（b-a）×10^-3mol×$\frac{100mL}{25mL}$=c×（b-a）×10^-2mol，
草酸晶体中草酸的质量为c×（b-a）×10^-2mol×90g/mol=0.9c（b-a）g，
由化学式可知：$\frac{90}{90+18x}$=$\frac{c×（b-a）×1{0}^{-2}mol×90g/mol}{Wg}$，解得x=$\frac{50W}{9c（b-a）}$-5，
故答案为：$\frac{50W}{9c（b-a）}$-5；
【实验内容】：（1）根据表中数据知，有硫酸锰的溶液褪色时间短，反应速率快，没有硫酸锰的溶液褪色时间长、反应速率慢，说明硫酸锰作催化剂而加快反应速率，所以可假设：反应产物中的Mn²⁺可能是反应的催化剂，
故答案为：反应产物中的Mn²⁺可能是反应的催化剂；Mn²⁺（或硫酸锰）在反应中起到催化剂的作用，加快了反应速率[或需要Mn²⁺（硫酸锰）作催化剂]，假设1成立；
（2）根据实验（2）、（3）表2和表3的实验结果可知：温度不同其褪色时间不同，说明温度对该反应速率有影响，根据实验（3）知，混合溶液中硫酸浓度不同其褪色时间不同，说明硫酸对草酸和KMnO₄溶液的反应有影响，加入少量硫酸，可促进草酸和KMnO₄溶液反应，褪色时间变短，而加入大量硫酸，反应速率比较小，褪色时间加长，说明温度对该反应速率影响不大，
故答案为：由表2和表3的实验结果可知：硫酸对草酸和高锰酸钾溶液的反应有影响，加入少量硫酸，可促进草酸和KMnO₄溶液反应，而加入大量硫酸，草酸和高锰酸钾溶液的反应速率开始比较慢，随着反应的进行，褪色速率加快，温度对该反应速率影响不大．

点评 本题考查了物质的分离和提纯、化学平衡移动等知识点，为高频考点，侧重于学生的分析、实验计算能量的考查，题目综合性较强，掌握减压过滤操作、有关滴定的计算是解答本题的关键，本题难度较大．