Question

（2013?寶應(yīng)縣二模）甲醛（CH₂O）是世界衛(wèi)生組織確認(rèn)的致癌致畸物質(zhì)之一．
我國(guó)規(guī)定：室內(nèi)甲醛含量不得超過8×10^-5mg/L．某研究性學(xué)習(xí)小組利用KMnO₄和H₂SO₄的混和液測(cè)定居室內(nèi)空氣中甲醛的含量．

【實(shí)驗(yàn)原理】
KMnO₄和H₂SO₄的混和液與甲醛的反應(yīng)方程式為：4KMnO₄+5CH₂O+6H₂SO₄=4MnSO₄+2K₂SO₄+5X↑+11H₂O
①其中X的化學(xué)式為

CO₂

；
②隨著甲醛的不斷通入，溶液的PH

變大

（填“變大”、“變小”或“不變”），但由于測(cè)定的需要，配制混和液時(shí)使用了過量的硫酸，因此反應(yīng)結(jié)束時(shí)溶液的PH

＜

7（填“＞”、“＜”或“=”）．
③隨著甲醛的不斷通入，溶液的紫紅色不斷褪去，到剛好變?yōu)闊o色時(shí)，通入的甲醛與混和液中的KMnO₄恰好完全反應(yīng)；此時(shí)只要知道原混和液質(zhì)量以及其中

高錳酸鉀

的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，就可利用前述反應(yīng)方程式計(jì)算出通入的甲醛質(zhì)量．
【實(shí)驗(yàn)裝置】如圖1；
【實(shí)驗(yàn)步驟】
④檢查該裝置氣密性的方法之一是：打開 a 和b，撥出雙孔塞，向集氣瓶中加蒸餾水至浸沒左導(dǎo)管口約2cm，塞上雙孔塞，再關(guān)閉

a

（填“a”或“b”），最后抽或推注射器，造成左導(dǎo)管與瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生液面差；若液面差穩(wěn)定，則裝置

氣密

（填“氣密”或“不氣密”）．
⑤若裝置氣密，則加混和液前

不要

（填“要”或“不要”） 將集氣瓶中蒸餾水先倒出．
⑥向集氣瓶中加入5.00g 混和液（其中KMnO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.58×10^-4），再向其中加適量蒸餾水，擴(kuò)大液體的量以利吸收甲醛．
⑦先打開

a

（填“a”或“b”），關(guān)閉另一個(gè)活塞，每次用注射器抽取100mL室內(nèi)空氣，然后進(jìn)行相反關(guān)開活塞的操作，再推動(dòng)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(yīng)，如此反復(fù)多次直至溶液剛好完全褪色，計(jì)下推入氣體次數(shù)．
【數(shù)據(jù)處理】
⑧若實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)?shù)?50次將氣體壓送到洗氣瓶中時(shí)，溶液的紅色剛好褪去，則該居室內(nèi)空氣中甲醛含量

不符合

規(guī)定（填“符合”或“不符合”）．
己知：KMnO₄、CH₂O的相對(duì)分子質(zhì)量依次為158、30；1g=1000mg；1L=1000mL
計(jì)算過程：

解：設(shè)甲醛的質(zhì)量為x
4KMnO₄ +5CH₂O+6H₂SO₄ =4MnSO₄+2K₂SO₄+5CO₂↑+11H₂O
4×158 5×30
5.00g×1.58×10^-4x

4×158

5.00g×1.58×10-4

=

5×30

x

x=1.875×10^-4
因?yàn)槊看斡米⑸淦鞒槿?00mL室內(nèi)空氣，第250次恰好反應(yīng)，則通入的空氣體積為：100ml×250=25000mL=25L，所以該居室內(nèi)空氣中甲醛的含量

1.875×10-4g

25L

=0.0075mg/L=7.5×10^-3mg/L＞8×10^-5mg/L，故不符合

，通入的空氣體積為

25

L
【誤差分析】
⑨某同學(xué)用該方法測(cè)量空氣中甲醛的含量時(shí)，所測(cè)得的數(shù)值比實(shí)際含量低，你認(rèn)為其可能的原因是（假設(shè)溶液配制、量取過程均無錯(cuò)誤）：

沒有攪拌，甲醛和高錳酸鉀反應(yīng)不完全

、

空氣中的其它氣體和高錳酸鉀反應(yīng)

（要答出2種可能性）．
【交流討論】
⑩實(shí)驗(yàn)后的交流中，有小組成員認(rèn)為：可將插入混和溶液的管子下端改成具有多孔的球泡（如圖2），有利于提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，其理由是

增大了甲醛和溶液的接觸面積

．

Answer 1

分析：①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類和個(gè)數(shù)都不變，分析X的化學(xué)式；
②根據(jù)反應(yīng)過程中硫酸逐漸參加反應(yīng)分析溶液PH的變化；根據(jù)配制混和液時(shí)使用了過量的硫酸，因此溶液呈現(xiàn)酸性，判斷pH；
③根據(jù)信息甲醛與混和液中的KMnO₄恰好完全反應(yīng)，可依據(jù)化學(xué)方程式中高錳酸鉀的質(zhì)量計(jì)算甲醛的質(zhì)量分析；
④根據(jù)檢查該裝置氣密性時(shí)要注意形成一個(gè)密閉的空間分析開關(guān)的閉合情況；
⑤根據(jù)向集氣瓶中加入5.00g 混和液，需要向其中加適量蒸餾水，擴(kuò)大液體的量以利吸收甲醛分析蒸餾水的處理；
⑦根據(jù)吸取室內(nèi)的氣體需要通過a開關(guān)，而將氣體推進(jìn)溶液中需要通過b開關(guān)分析；
⑧根據(jù)高錳酸鉀的質(zhì)量計(jì)算甲醛的質(zhì)量，然后計(jì)算空氣中甲醛的含量和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較得出結(jié)論；
⑨根據(jù)導(dǎo)氣管和溶液局部接觸，反應(yīng)不充分或從空氣的氣體氣體可能和高錳酸鉀反應(yīng)等進(jìn)行猜想；
⑩根據(jù)導(dǎo)氣管和多孔的球泡的不同處分析優(yōu)點(diǎn)．

解答：解：①根據(jù)質(zhì)量守恒定律化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類和個(gè)數(shù)都不變，反應(yīng)前后K原子的個(gè)數(shù)都是4個(gè)，Mn的原子個(gè)數(shù)是4個(gè)，S原子的個(gè)數(shù)是6個(gè)，H原子的個(gè)數(shù)是22個(gè)，而反應(yīng)前C原子的個(gè)數(shù)是5個(gè)，O原子的個(gè)數(shù)是45個(gè)，而反應(yīng)后沒有C原子，35個(gè)O原子，故缺少5個(gè)C原子，10個(gè)O原子，X的化學(xué)式前的化學(xué)計(jì)量數(shù)是5，所以X的化學(xué)式是CO₂；故答案為：CO₂；
②混合液中含有硫酸，反應(yīng)過程中硫酸逐漸參加反應(yīng)，因此溶液的酸性會(huì)減弱，則pH會(huì)變大；因?yàn)榕渲苹旌鸵簳r(shí)使用了過量的硫酸，因此反應(yīng)結(jié)束時(shí)溶液呈現(xiàn)酸性，故pH會(huì)小于7；故答案為：變大；＜；
③根據(jù)信息甲醛與混和液中的KMnO₄恰好完全反應(yīng)，因此可依據(jù)化學(xué)方程式中高錳酸鉀的質(zhì)量計(jì)算甲醛的質(zhì)量，而高錳酸鉀的質(zhì)量=混合液的質(zhì)量×高錳酸鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；故答案為：高錳酸鉀；
④檢查該裝置氣密性時(shí)要注意形成一個(gè)密閉的空間，因此在抽或推注射器前要先關(guān)閉開關(guān)a，防止空氣進(jìn)入集氣瓶?jī)?nèi)；因?yàn)橥ㄟ^抽或推注射器，使裝置內(nèi)的氣壓變小或變大，從而造成左導(dǎo)管與瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生液面差且液面差穩(wěn)定，所以裝置的氣密性良好；故答案為：a；氣密；
⑤因?yàn)橄蚣瘹馄恐屑尤?.00g 混和液，需要向其中加適量蒸餾水，擴(kuò)大液體的量以利吸收甲醛，因此原有的蒸餾水可以不要倒走；故答案為：不要；
⑦吸取室內(nèi)的氣體需要通過a開關(guān)，而將氣體推進(jìn)溶液中需要通過b開關(guān)，因此要用注射器取空氣藥品時(shí)，要先打開a，關(guān)閉b；故答案為：a；
⑧根據(jù)高錳酸鉀的質(zhì)量計(jì)算甲醛的質(zhì)量，然后計(jì)算空氣中甲醛的含量和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較得出結(jié)論；
故解：設(shè)甲醛的質(zhì)量為x
4KMnO₄ +5CH₂O+6H₂SO₄ =4MnSO₄+2K₂SO₄+5CO₂↑+11H₂O
4×158           5×30  
5.00g×1.58×10^-4  x

4×158

5.00g×1.58×10-4

=

5×30

x

   x=1.875×10^-4
因?yàn)槊看斡米⑸淦鞒槿?00mL室內(nèi)空氣，第250次恰好反應(yīng)，則通入的空氣體積為：100ml×250=25000mL=25L，所以該居室內(nèi)空氣中甲醛的含量

1.875×10-4g

25L

=0.0075mg/L=7.5×10^-3mg/L＞8×10^-5mg/L，故不符合；
⑨用該方法測(cè)量空氣中甲醛的含量時(shí)，所測(cè)得的數(shù)值比實(shí)際含量低，可能是沒有攪拌，甲醛和高錳酸鉀反應(yīng)不完全；空氣中的其它氣體和高錳酸鉀反應(yīng)；故答案為：沒有攪拌，甲醛和高錳酸鉀反應(yīng)不完全；空氣中的其它氣體和高錳酸鉀反應(yīng)；
⑩導(dǎo)氣管的面積較小，會(huì)使反應(yīng)不充分，而多孔的球泡能夠增大反應(yīng)物的接觸面積；
故答案為：增大了甲醛和溶液的接觸面積．

點(diǎn)評(píng)：本題是有關(guān)室內(nèi)甲醛含量的測(cè)定的探究，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多：質(zhì)量守恒定律的運(yùn)用、溶液pH的變化、裝置氣密性的檢查、取用樣品的方法、根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算、裝的評(píng)價(jià)等，綜合性較強(qiáng)，難度較大．