Question

【題目】某校化學研究性學習小組查閱資料了解到以下內容：乙二酸(HOOC-COOH，可簡寫為H2C2O4)俗稱草酸，易溶于水，屬于二元中強酸(為弱電解質)，且酸性強于碳酸，其熔點為101.5℃，在157℃升華。為探究草酸的部分化學性質，進行了如下實驗：

（1）向盛有1 mL飽和NaHCO3溶液的試管中加入足量乙二酸溶液，觀察到有無色氣泡產生。該反應的離子方程式為___________________________________。

（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，發現其溶液的紫紅色褪去，說明乙二酸具有_____________(填“氧化性”、“還原性”或“酸性”)，請配平該反應的離子方程式：

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

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

實驗發現：裝置C、G中澄清石灰水變渾濁，B中CuSO4粉末變藍，F中CuO粉末由黑色變為紅色。據此回答：

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

（4）該小組同學將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，測得反應后溶液呈酸性，其原因是______________________（用文字簡單表述）。

（5）以上溶液中各離子的濃度由大到小的順序為_________（用離子符號表示）。

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↑ 反應所得溶液為NaHC2O4溶液，由于HC2O4-的電離程度比水解程度大，導致溶液中c(H＋)>c(OH－)，所以溶液呈酸性 c(Na＋)>c(HC2O4-)>c(H＋)>c(C2O42-)>c(OH－)

【解析】

(1)因為草酸的酸性比碳酸強，反應會生成CO2和水，因“足量的草酸”，故還生成NaHC2O4。

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

(3)根據題給裝置和實驗現象可知，本實驗的目的是加熱草酸使其分解，然后依次檢驗草酸分解的產物。B管中“CuSO4粉末變藍”說明分解產物中有水蒸氣，C瓶中澄清石灰水變渾濁說明草酸分解產生CO2，D瓶NaOH溶液的作用是吸收過量的CO2，E瓶濃硫酸吸收氣流中的水蒸氣，F中CuO粉末由黑色變為紅色，說明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，根據產物即可寫出草酸分解的化學方程式。

(4)因為草酸是二元酸，與NaOH中和反應的產物因酸、堿物質的量之比不同產物不同：H2C2O4+2NaOH=Na2C2O4+2H2O或H2C2O4+NaOH=NaHC2O4+H2O，根據產物的性質分析溶液顯酸性的原因。

(5)根據(4)溶液中溶質的電離和水解反應的相對強弱分析各離子濃度的大小關系。

(1)因乙二酸屬于二元中強酸，酸性強于碳酸，根據強酸制弱酸的原理，NaHCO3與H2C2O4反應有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，因為“溶液的紫紅色褪去”說明KMnO4被還原，所以草酸具有還原性。錳元素由MnO4-中的+7價降到Mn2+中的+2價，每個Mn降低5價，碳元素由H2C2O4中的+3價升高到CO2中的+4價，每個H2C2O4升高2價，根據化合價升高的總價數=化合價降低的總價數，MnO4-和Mn2+計量數均為2，H2C2O4的計量數為5，CO2計量數為10，再根據電荷守恒可知H+的計量數為6，最后根據氫元素守恒可知H2O的計量數為8。配平了的離子方程式為：2MnO4-+5H2C2O4+6H+2Mn2++10CO2↑+8H2O。

(3)根據題給裝置和實驗現象可知，本實驗的目的是加熱草酸使其分解，然后依次檢驗草酸分解的產物。B管中“CuSO4粉末變藍”說明乙二酸分解產生了水蒸氣，C瓶中“澄清石灰水變渾濁”說明草酸分解產生了CO2，D瓶NaOH溶液的作用是吸收混合氣體中過量的CO2，E瓶濃硫酸吸收氣體中的水蒸氣，根據“F中CuO粉末由黑色變為紅色”，可推知黑色的CuO被還原為紫紅色的Cu，CuO被還原，說明分解產物中有還原性氣體，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，據此可知乙二酸分解的化學方程式為：H2C2O4CO2↑+CO↑+H2O。

(4)草酸晶體(H2C2O4·2H2O)的摩爾質量為126g/mol，2.52g草酸晶體的物質的量==0.02mol，100mL0.2 mol/L的NaOH溶液中NaOH的物質的量=0.1L×0.2mol/L=0.02mol，n(H2C2O4):n(NaOH)=1:1，發生的反應是H2C2O4+NaOH=NaHC2O4+H2O充分反應后所得溶液是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-) 。