Question

5．乙二酸（H₂C₂O₄）是一种重要的化工产品．可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，自身被氧化为CO₂．乙二酸制备工艺流程如图：

氧化时控制反应液温度为55-60℃边搅拌边缓慢滴加浓HNO₃，H₂SO₄混合液，可发生下列反应：
C₆H₁₂O₆+18HNO₃→3H₂C₂O₄+18NO₂↑+12H₂O
C₆H₁₂O₆+6HNO₃→3H₂C₂O₄+6NO+6H₂O
（1）检验氧化后的溶液中是否仍含有葡萄糖的实验方案中用到的试剂为取氧化后所得溶液，加入过量NaOH溶液，再向其中加入新制Cu（OH）₂，加热，若有砖红色沉淀产生，说明含有葡萄糖．
（2）氧化时需控制反应液温度为55-60℃，不能超过60℃的原因是温度过低反应过慢，若温度过高硝酸会分解（或挥发）．
（3）H₂C₂O₄能使酸性KMnO₄溶液褪色，其离子方程式为5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O．
（4）生产中产生的NO_x用氧气和水吸收后产生硝酸循环利用，若尾气NO_x中n（NO₂）：n（NO）=1：2，且NO_x的吸收转化率为90%．计算：理论上，每生产6.3kg乙二酸至少需要补充质量分数为63%的硝酸溶液多少千克．（写出计算过程）

Answer 1

分析 （1）葡萄糖含有醛基，取氧化后所得溶液，加入过量NaOH溶液，加入新制Cu（OH）₂，加热，检验葡萄糖；
（2）若温度过低反应过慢，若温度过高硝酸会分解（或挥发）；
（3）H₂C₂O₄与酸性KMnO₄溶液发生氧化还原反应生成二氧化碳、锰离子等，使溶液褪色；
（4）根据n=$\frac{m}{M}$计算乙二酸的物质的量，令反应生成NO₂的乙二酸的物质的量为xmol，则反应生成NO的乙二酸的物质的量为（100-x）mol，根据方程式计算生成气体的物质的量，由氮元素守恒可知，损失的气体的物质的量等于需要补充的硝酸的物质的量，据此解答．

解答 解：（1）检验氧化后的溶液中是否仍含有葡萄糖的实验方案为：取氧化后所得溶液，加入过量NaOH溶液，再向其中加入新制Cu（OH）₂，加热，若有砖红色沉淀产生，说明含有葡萄糖，
故答案为：取氧化后所得溶液，加入过量NaOH溶液，再向其中加入新制Cu（OH）₂，加热，若有砖红色沉淀产生，说明含有葡萄糖；
（2）温度过低反应过慢，若温度过高硝酸会分解（或挥发），故氧化时控制反应液温度为55～60℃，
故答案为：温度过低反应过慢，若温度过高硝酸会分解（或挥发）；
（3）H₂C₂O₄与酸性KMnO₄溶液发生氧化还原反应生成二氧化碳、锰离子等，反应的离子方程式为5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O，
故答案为：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O；
（4）6.3kg乙二酸的物质的量为$\frac{6300g}{90g/mol}$=70mol，令反应生成NO₂的乙二酸的物质的量为xmol，则反应生成NO的乙二酸的物质的量为（70-x）mol，由方程式可知，反应生成的n（NO₂）=6x mol，n（NO）=2（70-x）mol，尾气NO_x中n（NO₂）：n（NO）=1：2，故6x：2（70-x）=1：2，解得x=10，故需要补充硝酸为[6x+2（70-x）]mol×（1-90%）=[60+120]mol×（1-90%）=18mol，故需要加入硝酸溶液的质量为$\frac{18mol×63g/mol}{63%}$=1800g=1.8kg，
答：需要加入硝酸溶液的质为1.8kg．

点评 本题以乙二酸的制备为载体，考查糖类性质、实验条件的控制、化学计算等，难度中等，（4）关键是根据氮元素守恒判断损失的气体的物质的量等于需要补充的硝酸的物质的量．