Question

18．草酸（乙二酸）可作还原剂和沉淀剂，用于金属除锈、织物漂白和稀土生产．一种制备草酸（含2个结晶水）的工艺流程如下：

回答下列问题：
（1）CO和NaOH在一定条件下合成甲酸钠、甲酸钠加热脱氢的化学反应方程式分别为CO+NaOH$\frac{\underline{\;200℃\;}}{2MPa}$HCOONa、2HCOONa$\stackrel{△}{→}$Na₂C₂O₄+H₂↑．
（2）该制备工艺中有两次过滤操作，过滤操作②的滤液是H₂C₂O₄溶液和H₂SO₄溶液，滤渣是CaSO₄．
（3）工艺过程中③和④的目的是分别循环利用氢氧化钠和硫酸能降低成本，减小污染．
（4）有人建议甲酸钠脱氢后直接用硫酸酸化制备草酸．该方案的缺点是产品不纯，其中含有的杂质主要是Na₂SO₄．
（5）结晶水合草酸成品的纯度用高锰酸钾法测定．称量草酸成品0.250g溶于水，用0.050 0mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定，至浅粉红色不消褪，消耗KMnO₄溶液15.00mL，反应的离子方程式为5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；列式计算该成品的纯度94.5%．

Answer 1

分析 根据流程图知，一定条件下，一氧化碳和氢氧化钠反应生成甲酸钠，反应方程式为：CO+NaOH$\frac{\underline{\;200℃\;}}{2MPa}$HCOONa，加热条件下，甲酸钠脱氢生成草酸钠，由原子守恒可知有氢气生成，反应方程式为：2HCOONa$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂C₂O₄+H₂↑．草酸钠与氢氧化钙反应得到草酸钙与氢氧化钠，滤液是NaOH溶液，浓缩后循环利用，固体为CaC₂O₄，草酸钙与硫酸反应得到硫酸钙与草酸钠，则滤渣为CaSO₄，滤液B为草酸钠溶液，再经过结晶、干燥得到草酸钠晶体，母液中含有硫酸和草酸，可循环利用，
（1）根据反应物、生成物和反应条件写出反应方程式；
（2）草酸钙和稀硫酸反应生成草酸和硫酸钙，硫酸钙是微溶物；
（3）循环利用的物质能降低成本，减少污染；
（4）甲酸钠和硫酸反应生成硫酸钠，硫酸钠是可溶性物质；
（5）酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，能氧化草酸根离子生成二氧化碳，同时自身被还原生成二价锰离子，根据草酸和高锰酸钾之间的关系式计算草酸的物质的量，再根据质量分数公式计算其纯度．

解答 解：（1）根据流程图知，200℃、2MPa条件下，一氧化碳和氢氧化钠反应生成甲酸钠，反应方程式为：CO+NaOH$\frac{\underline{\;200℃\;}}{2MPa}$HCOONa，加热条件下，甲酸钠脱氢生成草酸钠和氢气，反应方程式为：2HCOONa$\stackrel{△}{→}$Na₂C₂O₄+H₂↑，
故答案为：CO+NaOH$\frac{\underline{\;200℃\;}}{2MPa}$HCOONa，2HCOONa$\stackrel{△}{→}$Na₂C₂O₄+H₂↑；
（2）草酸钙和稀硫酸反应生成草酸和硫酸钙，硫酸钙是微溶物，该操作过程中，稀硫酸过量，所以过滤操作②的滤液是H₂C₂O₄溶液、H₂SO₄溶液，滤渣是 CaSO₄，
故答案为：NaOH溶液，CaC₂O₄ ，H₂C₂O₄溶液、H₂SO₄溶液，CaSO₄；
（3）氢氧化钠和硫酸都具有腐蚀性，能污染环境，分别循环利用氢氧化钠和硫酸能降低成本，减小污染，
故答案为：分别循环利用氢氧化钠和硫酸能降低成本，减小污染；
（4）甲酸钠和硫酸反应生成硫酸钠，硫酸钠是可溶性物质，存在于溶液中，所以含有的杂质主要是Na₂SO₄
，故答案为：Na₂SO₄；
（5）酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，能氧化草酸根离子生成二氧化碳，同时自身被还原生成二价锰离子，离子反应方程式为：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
设草酸的物质的量为xmol，则：
5H₂C₂O₄+6H⁺+2MnO₄^-=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O
5mol        2mol
x         0.0500mol•L^-1×0.015L
所以，5mol：2mol=x：0.0500mol•L^-1×0.015L
解得x=0.001875mol，
故其纯度=$\frac{0.001875mol×126g/mol}{0.25g}$×100%=94.5%，
故答案为：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；94.5%．

点评 本题考查了化学与技术，明确操作时发生的化学反应、常见的操作名称，难点是计算草酸结晶水合物的纯度，根据方程式进行分析解答，难度中等．