Question

草酸是一種重要的試劑。下面是利用草酸探究濃度對反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)。

（1）為證明濃度對反應(yīng)速率的影響，曾有教科書《化學(xué)反應(yīng)原理》設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：取兩支試管，各加入4mL0.01mol·L^-1的KMnO₄酸性溶液，分別向其中加入0.1 mol·L^-1、0.2 mol·L^-1 H₂C₂O₄溶液2mL，記錄溶液褪色所需時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：      ；

預(yù)期現(xiàn)象是：

①溶液的顏色由      色變?yōu)?u>      色，

②其中加入      mol·L^-1H₂C₂O₄的那支試管中的溶液先變色。

然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不盡如人意。實(shí)驗(yàn)過程顏色復(fù)雜，且褪色先緩慢，后逐漸加快；最大的問題是草酸濃度大，反應(yīng)速率卻更慢。

本實(shí)驗(yàn)?zāi)芊褡鳛檎n堂實(shí)驗(yàn)研究濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響？適宜的條件是怎樣的？某校一研究小組對此進(jìn)行了探究。下面是他們的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一部分：

表1　試驗(yàn)安排及結(jié)果

實(shí)驗(yàn) 編號	A（KMnO4溶液濃度/mol·L-1）	B（草酸溶液濃度/mol·L-1）	C（硫酸溶液濃度/mol·L-1）	褪色時(shí)間/s
1	3	3	1	336
2	1	2	3	82
3	3	1	3	76
4	1	3	2	133
5	2	3	3	102
6	3	2	2	156
7	2	2	1	300
8	2	1	2	115
9	1	1	1	200

 

應(yīng)用SPSS16.0對正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果如下表

表2　各因素水平的數(shù)據(jù)處理結(jié)果

	A（KMnO4溶液）	B（草酸溶液）	C（硫酸溶液）
濃度/mol·L-1	0.005	0.010	0.015	0.1	0.5	0.9	6	12	18
平均褪色時(shí)間/s	138.3	172.3	189.3	130.3	179.3	190.3	278.7	134.7	86.7

 

（2）由表2可知，三因素中，      的濃度（選填“A、B或C”，下空同）對反應(yīng)速率影響顯著，而      的濃度對反應(yīng)速率的影響不顯著。

（3）由表2可知，當(dāng)高錳酸鉀濃度為      mol·L^-1、草酸濃度為      mol·L^-1時(shí)，反應(yīng)最快。即因素A、B的較適宜實(shí)驗(yàn)條件得以確定。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該小組同學(xué)繼續(xù)探究硫酸的濃度是怎樣影響本反應(yīng)速率的，測得如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

表3　不同硫酸濃度下的褪色時(shí)間

c(H2SO4)/mol·L-1	18	16	14	12	10	8	6
褪色時(shí)間/s	67	83	90	103	129	146	200

 

（4）根據(jù)課堂實(shí)驗(yàn)的合適時(shí)間，可選溶液的褪色時(shí)間約為1分鐘和2分鐘的兩份溶液，即此時(shí)硫酸的濃度為      mol·L^-1和      mol·L^-1，這也有利于觀察這兩個(gè)反應(yīng)速率的差異。

結(jié)論：草酸與酸性高錳酸鉀溶液的反應(yīng)，可作為課堂實(shí)驗(yàn)探究濃度對反應(yīng)速率的影響。

 

Answer 1

【答案】

（14分）

（1）2MnO₄^－＋5H₂C₂O₄＋6H^＋＝2Mn^2＋＋10CO₂↑＋8H₂O（3分）

紫色（或紫紅色）（1分）；無（1分）；0.2（2分）

（2）C（硫酸）    A（高錳酸鉀）和B（草酸）（各1分，共3分）

（3）0.005 ， 0.1（各1分，共2分）；

（4）18，10（各1分，共2分）

【解析】

試題分析：

（1）高錳酸鉀具有氧化性、草酸具有還原性，MnO₄^-將H₂C₂O₄氧化為CO₂氣體，本身被還原為Mn²⁺，根據(jù)得失電子相等、電荷守恒、質(zhì)量守恒配平。MnO₄^-呈紫色，反應(yīng)后溶液為無色。增大反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率加快。

（2）由表2可知，硫酸濃度對反應(yīng)速率影響顯著；而高錳酸鉀和草酸濃度對反應(yīng)速率影響不明顯。

（3）當(dāng)高錳酸鉀溶液濃度為0.005 mol·L^-1、草酸溶液濃度為0.01 mol·L^-1時(shí)反應(yīng)速率最快。

（4）褪色時(shí)間1分鐘和2分鐘即60s和120s，對應(yīng)的濃度分別為18 mol·L^-1和10 mol·L^-1。

考點(diǎn)： 離子方程式  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析