Question

(8分)(2011·西寧模擬)甲醛是世界衛生組織(WHO)確認的致癌物質和致畸物質之一。我國規定：室內甲醛含量不得超過0.08mg·m^－3。某研究性學習小組打算利用酸性KMnO₄溶液測定新裝修房屋內的空氣中甲醛的含量，請你參與并協助他們完成相關的學習任務。
測定原理：
酸性KMnO₄為強氧化劑，可氧化甲醛和草酸，其反應方程式如下所示：
4MnO₄^－＋5HCHO＋12H^＋===4Mn^2＋＋5CO₂↑＋11H₂O
2MnO₄^－＋5H₂C₂O₄＋6H^＋===2Mn^2＋＋10CO₂↑＋8H₂O
測定裝置：
部分裝置如下圖所示：

測定步驟：
(1)用______________量取5.00 mL 1.00×10^－3mol·L^－1KMnO₄溶液，注入洗氣瓶中，并滴入幾滴稀H₂SO₄，加水20 mL稀釋，備用。
(2)將1.00×10^－3 mol·L^－1的草酸標準溶液置于酸式滴定管中備用。
(3)打開a，關閉b，用注射器抽取100 mL新裝修房屋內的空氣。關閉________，打開________(填“a”或“b”)，再推動注射器，將氣體全部推入酸性高錳酸鉀溶液中，使其充分反應。再重復4次。
(4)將洗氣瓶中的溶液轉移到錐形瓶中(包括洗滌液)，再用草酸標準溶液進行滴定，記錄滴定所消耗的草酸標準溶液的體積。
(5)再重復實驗2次(每次所取的高錳酸鉀溶液的體積均為5.00 mL)。3次實驗所消耗的草酸標準溶液的體積平均值為12.38 mL。
交流討論：
(1)計算該新裝修房屋內的空氣中甲醛的濃度為________mg·m^－3，該新裝修房屋內的甲醛________(填“是”或“否”)超標；
(2)某同學用該方法測量空氣中甲醛的含量時，所測得的數值比實際含量低，請你對其可能的原因(假設稱量或量取、溶液配制及滴定實驗均無錯誤)提出合理假設：______________、______________(至少答出兩種可能性)；
(3)實驗結束后，該小組成員在相互交流的過程中一致認為：
①實驗原理可以簡化
實驗中可不用草酸標準溶液滴定，可多次直接抽取新裝修房屋內的空氣，再推送到洗氣瓶中，直至_________________________________________________________；

②實驗裝置應加以改進
可將插入酸性KMnO₄溶液中的導管下端改成具有多孔的球泡(如圖所示)，有利于提高實驗的準確度，其理由是___________________________________________________。

Answer 1

測定步驟：(1)酸式滴定管'(3)a'b
交流討論：(1)3.6'是
(2)注射器推送氣體速度過快'裝置氣密性較差'同一地點取樣次數太多等(任選其中兩個作答或其他合理答案均可)
(3)①酸性KMnO₄溶液剛好褪色'②可增大氣體與溶液的接觸面積，使空氣中的甲醛被充分吸收

本題考查了氧化還原滴定的計算，核心內容是得失電子守恒。實驗的基本原理：先用過量的酸性高錳酸鉀將甲醛氧化成CO₂，然后用草酸還原剩余的酸性高錳酸鉀。根據題目信息可知實驗總共消耗含甲醛的空氣體積為5×100 mL＝0.5 L＝0.0005 m³；
設0.5 L空氣中甲醛的物質的量為x，則：
4x/5＋0.01238 L×1.00×10^－3 mol·L^－1×2/5＝5.00×10^－3 L×1.00×10^－3 mol·L^－1
解得x＝6.0×10^－8mol
甲醛的質量：6.0×10^－8mol×30000 mg·mol^－1＝1.8×10^－3 mg
甲醛的濃度：1.8×10^－3 mg÷0.0005 m³＝3.6 mg·m^－3。故新裝修房屋內的甲醛超標。