高考化学一轮复习高考命题新动向情境命题 六__草酸 学案

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草酸又名乙二酸，是一种有机酸，化学式为H2C2O4，是无色的柱状晶体，易溶于水而不溶于乙醚等有机溶剂。草酸在100 ℃开始升华，125 ℃时迅速升华，157 ℃时大量升华，并开始分解。草酸可与碱反应，可以发生酯化、酰卤化、酰胺化反应。也可以发生氧化反应，受热发生脱羧反应。
命题角度1：与草酸有关的酸碱中和反应
1．(2021年重庆适应性测试)草酸H2C2O4是二元弱酸。向100 mL 0.40 ml·L－1 H2C2O4溶液中加入1.0 ml·L－1 NaOH溶液调节pH，加水控制溶液体积为
200 mL。测得溶液中微粒的δ(x)随pH变化曲线如图所示，δ(x)＝ eq \f(c（x）,c（H2C2O4）＋c（HC2O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ）＋c（C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ）) ，x代表微粒H2C2O4、HC2O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 或C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 。下列叙述正确的是( )
A.曲线Ⅰ是HC2O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 的变化曲线
B．草酸H2C2O4的电离常数K1＝1.0×10－1.22
C．在b点，c(C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )＋2c(OH－)＝c(HC2O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) )＋c(H＋)
D．在c点，c(HC2O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) )＝0.06 ml·L－1
【解析】选B。H2C2O4溶液中加入NaOH溶液，反应过程中H2C2O4不断减少，HC2O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 先增大后减少，C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 一直增大，所以曲线Ⅰ为H2C2O4，曲线Ⅱ为HC2O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ，曲线Ⅲ为C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，A错误；K1＝ eq \f(c（H＋）c（HC2O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ）,c（H2C2O4）) ，由a点可知c(HC2O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) )＝c(H2C2O4)，则K1＝c(H＋)＝10－1.22，B正确；b点c(HC2O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) )＝c(C2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )，溶液呈酸性，c(H＋)＞c(OH－)，C错误；c点c(HC2O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) )＝ eq \f(100×10－3×0.4,200×10－3) ml·L－1×0.15＝0.03 ml·L－1，D错误。
命题角度2：与草酸有关的分解实验
2．草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水，升华，170 ℃以上分解。回答下列问题。
(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是________________________________，
由此可知草酸晶体分解的产物中有__________。装置B的主要作用是______________________。
(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和图2所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、__________、I，装置H反应管中盛有的物质是________________________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是________________。
【解析】(1)草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解，如果草酸受热分解，分解时会产生二氧化碳，二氧化碳和氢氧化钙反应生成难溶性的碳酸钙沉淀而使澄清石灰水变浑浊，所以C中观察到的现象是有气泡冒出且澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成；草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水，草酸易升华，导致生成的气体中含有草酸，草酸和氢氧化钙反应生成难溶性的草酸钙而干扰二氧化碳的检验，B装置温度较低，有冷凝作用，防止干扰二氧化碳的检验。
(2)①要检验生成CO，在甲组实验后，用浓氢氧化钠除去
二氧化碳，用澄清石灰水检验二氧化碳是否除尽，用无水CaCl2干燥CO，利用CO和CuO发生氧化还原反应生成CO2，再利用澄清石灰水检验生成的二氧化碳，用排水法收集CO避免环境污染，所以其连接顺序是A、B、F、D、G、H、D、I；H装置中盛放的物质应该具有氧化性，且和CO反应有明显现象发生，CuO能被CO还原且反应过程中黑色固体变为红色，现象明显，所以H中盛放的物质是CuO，②CO具有还原性，其氧化产物是二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，且CO将黑色的CuO还原为红色的Cu，只要H前的D无浑浊，H中黑色固体转化为红色且其后的D装置溶液变浑浊就说明含有CO。
答案：(1)有气泡冒出，澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝(水蒸气和草酸)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀而干扰CO2的检验
(2)①F、D、G、H、D CuO
②H前的D无浑浊，H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊
命题角度3：与草酸有关的氧化还原滴定
3．某研究小组模拟工业上以黄铁矿为原料制备硫酸的第一步反应如下：4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2进行以下实验，并测定样品中FeS2纯度(假设杂质不反应)。
实验步骤：称取研细的样品4.0 g放入图b装置中，然后在空气中进行煅烧。为测定未反应高锰酸钾的量(忽略溶液体积变化)，实验完成后取出d中溶液
10.00 mL置于锥形瓶里，再用0.100 0 ml·L－1草酸(H2C2O4)标准溶液进行滴定(2MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O)。请回答下列问题：
(1)装置c中铜网的作用：___________________________。
(2)写出d装置中发生氧化还原反应的离子方程式： __________________________。
(3)在滴定实验过程中，不需要的仪器是__________(填序号)。
a．10 mL容量瓶 b．锥形瓶
c．滴定管夹 d．漏斗
e．玻璃棒 f．滴定管
(4)判断草酸滴定高锰酸钾酸性溶液滴定终点的方法：______________。
(5)若已知滴定管初读数为0.10 mL，末读数如图所示，消耗草酸溶液的体积为______mL。
(6)该样品中FeS2的纯度为___________________________。
【解析】空气通过浓硫酸，除去水蒸气，在b装置中，FeS2与氧气反应，得到氧化铁和二氧化硫，通过c装置，除去多余的氧气，后二氧化硫通入酸性高锰酸钾溶液中，被高锰酸钾氧化，发生氧化还原反应，得到硫酸根和锰离子，通过滴定剩余的高锰酸根，得到反应的高锰酸根的量，从而得到二氧化硫的量，继而得到FeS2纯度，据此来解答。
(1)装置c中铜与氧气在加热条件下反应，所以铜网的作用是除去混合气体中的氧气；
(2)d装置中SO2被高锰酸钾氧化，发生氧化还原反应的离子方程式为5SO2＋2MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋2H2O===5SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2Mn2＋＋4H＋；
(3)滴定实验过程中需要的仪器为滴定管、锥形瓶、滴定管夹；
(4)草酸与高锰酸钾酸性溶液作用有CO2和Mn2＋等物质生成，则滴定时发生反应的离子方程式为2MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，判断滴定到达终点的方法是滴入最后一滴草酸溶液，溶液由紫红色变为无色，且半分钟内不恢复原色；
(5)消耗草酸溶液的体积为15.10 mL－0.10 mL＝15.00 mL；
(6)根据离子方程式：2MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，100 mL溶液中剩余高锰酸钾的物质的量为 eq \f(2,5) ×0.015 00 L×0.1 ml·L－1× eq \f(100 mL,10 mL) ＝0.006 ml，与二氧化硫反应的高锰酸钾物质的量为
0．300 0 ml·L－1×0.100 0 L－0.006 ml＝0.024 ml，结合反应5SO2＋2MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋2H2O===5SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2Mn2＋＋4H＋，得到关系式：
5FeS2～10SO2～4KMnO4
5 4
n(FeS2) 0.024 ml
建立方程式，解得n(FeS2)＝0.03 ml，则样品中的纯度＝ eq \f(0.03 ml×120 g·ml－1,4.000 g) ×100%＝90%。
答案：(1)除去混合气体中的氧气
(2)5SO2＋2MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋2H2O===5SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2Mn2＋＋4H＋
(3)ade
(4)滴入最后一滴草酸溶液，溶液由紫红色变为无色，且半分钟内不恢复原色 (5)15.00 (6)90%