Question

乙二酸（H₂C₂O₄）是一種重要的化工產品，可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，其制備工藝流程如下：

氧化時控制反應液溫度為55～60℃，邊攪拌邊緩慢滴加濃HNO₃、H₂SO₄混合液，可發生下列反應：
C₆H₁₂O₆＋18HNO₃→3H₂C₂O₄＋18NO₂↑＋12H₂O
C₆H₁₂O₆­＋6HNO₃→3H₂C₂O₄＋6NO↑＋6H₂O
⑴檢驗氧化后的溶液中是否仍含有葡萄糖的實驗方案為     。
⑵氧化時控制反應液溫度為55～60℃的原因是     。
⑶若水解時淀粉利用率為80%，氧化時葡萄糖的利用率為80%，結晶時有10%的乙二酸遺留在溶液中。則30 kg淀粉可生產乙二酸的質量為     。
⑷生產中產生的NO_x用氧氣和水吸收后產生硝酸循環利用，若尾氣NO_x中n(NO₂)︰n(NO)＝2︰1，且NO_x的吸收轉化率為90%。計算：理論上，每生產9 kg乙二酸至少需要補充質量分數為63%的硝酸溶液多少千克。（寫出計算過程）

Answer 1

⑴取氧化后所得溶液，加入過量NaOH溶液，再向其中加入新制Cu(OH)₂，加熱。若有磚紅色沉淀產生，說明含有葡萄糖。                          （2分）
⑵若溫度過低反應過慢，若溫度過高硝酸會分解（或揮發）           （2分）
⑶28.8 kg      （2分）   ⑷3.6kg（6分）

試題分析：（1）葡萄糖中含有醛基，據此可以鑒別和檢驗，即取氧化后所得溶液，加入過量NaOH溶液，再向其中加入新制Cu(OH)₂，加熱。若有磚紅色沉淀產生，說明含有葡萄糖。
（2）由于溫度過低反應過慢，而溫度過高硝酸會分解（或揮發），所以氧化時應該控制反應液溫度為55～60℃。
（3）根據反應的方程式可知，(C₆H₁₀O₅)n～n C₆H₁₂O₆～3nH₂C₂O₄
所以根據題意可知30 kg淀粉可生產乙二酸的質量為。
（4）設每產生9 kg H₂C₂O₄反應中產生NO₂的物質的量為x，產生NO的物質的量為y
C₆H₁₂O₆＋18HNO₃→3H₂C₂O₄＋18NO₂↑＋12H₂O
18      3        18
x       x/6       x
C₆H₁₂O₆­＋6HNO₃→3H₂C₂O₄＋6NO↑＋6H₂O
6        3       6
y        y/2      y
x=2y
(x/6＋y/2)×90 g·mol^－1=9×10³ g
x="240" mol       y="120" mol
需補充的硝酸m(HNO₃)="360" mol×(1－90%)×63 g·mol^－1÷63%
="3600" g="3.6" kg
點評：該題是中等難度的試題，試題基礎性強，難易適中。在注重對學生基礎知識鞏固和訓練的同時，側重對學生能力的培養和解題方法的指導與訓練。旨在培養學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力，有利于培養學生的邏輯推理能力和規范嚴謹的實驗設計能力以及規范答題能力。