Question

某校化學學習小組為了探究草酸（H₂C₂O₄）的化學性質，設計了如下實驗：
Ⅰ．小組成員在做草酸溶液與酸性高錳酸鉀溶液反應實驗時發現，溶液褪色先慢后快．
（1）上述H₂C₂O₄溶液與酸性KMnO₄溶液反應的離子方程為

 

．
（2）為了探究此反應速率由小變大的原因，甲同學做了如下實驗（表中“一”表示未加入該試劑）．

實驗 編號	反應溫度 （利用水浴加熱）	稀硫酸 溶液	MnSO4固體	0.10mol/L KMnO4溶液	褪色 時間
1	750℃	----	---	1mL	1OOs
2	750℃	10滴	----	1mL	40s
3	750℃	10滴	加入少許	1mL	3s

甲同學由此能夠得出結論：
Ⅱ．乙同學查資料得知“菠菜中富含可溶性草酸鹽和碳酸鹽”，決定用實驗驗證這一事實并檢測草酸鹽含量．進一步查閱資料得知，草酸（H₂C₂O₄）是酸性強于醋酸的二元弱酸，對應的鈣鹽（CaC₂O₄）不溶于醋酸，能溶于強酸．
（1）他將菠菜研磨成汁、熱水浸泡、過濾得到溶液，調節溶液呈弱堿性，加入足量的CaCl₂溶液，產生白色沉淀，過濾、洗滌沉淀備用，對生成的沉淀進行探究．
①提出合理假設：
假設1：只存在CaCO₃；   
假設2：既存在CaCO₃，也存在CaC₂O₄；
假設3：

 

．
②基于假設2，設計實驗方案，進行實驗．請寫出實驗步驟以及預期現象和結論．
限選實驗試劑：1mol?L^-1 H₂SO₄、1mol?L^-1 HCl、0.1mol?L^-1 NaOH、1mol?L^-1 CaCl₂、0.01mol?L^-1 KMnO₄、澄清石灰水．

實驗步驟	預期現象和結論
步驟1：
步驟2：

（2）欲準確測定菠菜中草酸鹽含量，回答有關問題：
①操作：取m g菠菜樣品，將其中草酸鹽轉化為 CaC₂O₄ 沉淀分離出來，用鹽酸溶解后，溶液轉入100mL容量瓶中加水配制成100mL溶液．每次移取25.00mL該溶液，用0.0100mol?L^-1KMnO₄標準溶液滴定，滴定實驗重復操作2-3次．平均消耗標準溶液V mL．
②計算：菠菜中草酸鹽（以C₂O₄^2-計）的質量分數為

 

．（只列式不計算，已知：C₂O₄^2-的摩爾質量為88g?mol^-1）
③討論：用標準KMnO₄溶液直接滴定菠菜研磨、浸泡、過濾得到的溶液結果可能偏高，原因是

 

．

Answer 1

分析：Ⅰ、（1）高錳酸鉀溶液具有氧化性能氧化草酸為二氧化碳，依據原子守恒和電荷守恒配平書寫離子方程式；
（2）分析圖表數據，隨著草酸溶液與高錳酸鉀溶液反應的進行，生成了Mn²⁺，Mn²⁺作為該反應的催化劑，加入少許硫酸錳可加快化學反應速率；
Ⅱ、（1）①依據假設和成分分析判斷；
②利用鹽酸和碳酸鈣反應生成二氧化碳氣體能使澄清石灰水變渾濁驗證碳酸鈣的存在，加入的酸溶解生成的草酸和高錳酸鉀溶液反應使溶液褪色來設計實驗進行驗證草酸鈣的存在；
（2）②依據化學反應的離子方程式定量關系計算；
③高錳酸鉀具有強氧化性，菠菜中可能含有奇談還原性物質．

解答：解：I．（1）高錳酸鉀溶液具有氧化性能氧化草酸為二氧化碳，依據原子守恒和電荷守恒配平書寫離子方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（2）圖表中高錳酸鉀溶液加熱褪色時間較長，加入稀硫酸褪色時間縮短說明生成的錳離子對分解起了催化作用，加入少許硫酸錳速率增大較快，反應需要的時間縮短，
故答案為：隨著草酸溶液與高錳酸鉀溶液反應的進行，生成了Mn²⁺，Mn²⁺作為該反應的催化劑，可加快化學反應速率；
II．（1）①依據假設1、假設2可知假設3為只存在草酸鈣，故答案為：只存在CaC₂O₄；
②假設2：既存在CaCO₃，也存在CaC₂O₄，設計實驗方案，進行實驗先檢驗碳酸鈣的存在，再利用加入的酸溶解生成的草酸和高錳酸鉀溶液反應使溶液褪色來設計實驗進行驗證，取少量沉淀于試管中，加入足量1 mol?L^-1 HCl，將產生的氣體通入澄清石灰水中，澄清石灰水變渾濁，說明菠菜中含有碳酸鹽，向步驟1得到的溶液中滴加幾滴0.01 mol?L^-1 KMnO₄溶液紫紅色褪去，說明菠菜中含有草酸鹽，
故答案為：

取少量沉淀于試管中，加入足量1 mol?L-1 HCl，將產生的氣體通入澄清石灰水中	澄清石灰水變渾濁，說明菠菜中含有碳酸鹽
向步驟1得到的溶液中滴加幾滴0.01 mol?L-1 KMnO4	溶液紫紅色褪去，說明菠菜中含有草酸鹽

（2）②取m g菠菜樣品，將其中草酸鹽轉化為 CaC₂O₄ 沉淀分離出來，用鹽酸溶解后，溶液轉入100mL容量瓶中加水配制成100mL溶液．每次移取25.00mL該溶液，用0.0100mol?L^-1KMnO₄標準溶液滴定，滴定實驗重復操作2-3次．平均消耗標準溶液V mL，依據反應的離子方程式計算草酸物質的量為x：
    5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
     5        2
     x      0.0100mol/L×v×10^-3L
故答案為：

0.0100×10-3×5×100×88×V

2×25.00×m

×100%；  
③用標準KMnO₄溶液直接滴定菠菜研磨、浸泡、過濾得到的溶液中可能含有其他還原性物質會消耗高錳酸鉀，導致結果可能偏高，
故答案為：菠菜中還含有其他還原性物質，能與KMnO₄反應．

點評：本題考查了物質性質的實驗設計和實驗分析判斷，定量測定實驗的設計和計算應用，掌握實驗基礎和物質性質是解題關鍵，題目難度中等．