Question

18．某探究小組用KMnO₄酸性溶液與H₂C₂O₄溶液反應(yīng)過程中溶液紫色消失的方法，研究影響反應(yīng)速率的因素．實(shí)驗(yàn)條件作如下限定：所用KMnO₄酸性溶液的濃度可選擇0.01mol?L-1、0.001mol?L-1，催化劑的用量可選擇0.5g、0g，實(shí)驗(yàn)溫度可選擇298K、323K．每次實(shí)驗(yàn)KMnO₄酸性溶液的用量均為4mL、H₂C₂O₄溶液（0.1mol?L-1）的用量均為2mL．
（1）該反應(yīng)的離子方程式為5H₂C₂O₄十2MnO₄^-十6H⁺=2Mn²⁺十10CO₂↑十8H₂O
（2）請完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，并在實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧��?yīng)的實(shí)驗(yàn)編號：

實(shí)驗(yàn)編號	T/K	催化劑的用量/g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/td>
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究催化劑對該反應(yīng)速率的影響
②
③
④		0

（3）在完成探究催化劑對該反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，未加催化劑的情況下，剛開始一段時間，反應(yīng)速率較慢，溶液褪色不明顯，但不久后突然褪色，反應(yīng)速率明顯加快．
針對上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同學(xué)認(rèn)為高錳酸鉀與草酸溶液的反應(yīng)放熱，導(dǎo)致溶液溫度升高，反應(yīng)速率加快，從影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素看，你猜想還可能是反應(yīng)生成的錳離子起了催化作用
若用實(shí)驗(yàn)證明你的猜想．除酸性高錳酸鉀溶液，草酸溶液外，還需要選擇的試劑最合理的是B
A．硫酸鉀   B．硫酸錳   C．二氧化錳   D．水
（4）在其它條件相同的情況下，某同學(xué)改變KMnO₄酸性溶液的濃度，測得以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（從混合振蕩均勻開始計(jì)時）：

KMnO4酸性溶液的濃度/mol•L-1	溶液褪色所需時間 t/min
	第1次	第2次	第3次
0.01	14	13	11
0.001	6	7	7

①計(jì)算用0.001mol•L^-1 KMnO₄酸性溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時KMnO₄的平均反應(yīng)速率（忽略混合前后溶液的體積變化）1×10^-4mol/（L．min）．
②若不經(jīng)過計(jì)算，直接看表中的褪色時間長短來判斷濃度大小與反應(yīng)速率的關(guān)系是否可行？
不可行（填可行或不可行）若不可行（若認(rèn)為可行則不填），請?jiān)O(shè)計(jì)可以通過直接觀察褪色時間長短來判斷的改進(jìn)方案：取過量的體積相同、濃度不同的草酸溶液分別同時與體積相同、濃度相同的高錳酸鉀酸性溶液反應(yīng)
③還有一組同學(xué)改變KMnO₄酸性溶液的濃度，做了下表中實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)編號	20℃下，試管中所加試劑及其用量/mL				20℃下溶液顏色褪至無色所需時間/min
	0.6 mol/L H2C2O4溶液	H2O	0.2 mol/L KMnO4溶液	3 mol/L 稀硫酸
1	3.0	2.0	3.0	2.0	4.0
2	3.0	V1	2.0	2.0	5.2
3	3.0	4.0	1.0	V2	6.4

V₁=3.0mL，V₂=2.0mL．

Answer 1

分析 （1）據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子相等和原子守恒書寫離子方程式；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；
（3）影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑和接觸面積，據(jù)此結(jié)合該反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行分析；
（4）①先求出反應(yīng)開始時c（KMnO₄），然后求出三次褪色的平均時間，最后根據(jù)ν（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$進(jìn)行計(jì)算；
②因顏色是由KMnO₄產(chǎn)生，雖然KMnO₄濃度大反應(yīng)快，但KMnO₄的量也多，故無法比較；如想通過直接觀察褪色時間長短來判斷必須保證高錳酸鉀的體積與濃度相同，草酸過量；
③只改變KMnO₄酸性溶液的濃度，硫酸的用量相同，都是2.0mL，通過加蒸餾水使溶液總體積不變．

解答 解：（1）草酸使酸性高錳酸鉀褪色，是+7價(jià)的Mn氧化了草酸根，Mn變?yōu)?2價(jià)，C變?yōu)?4價(jià)，生成二氧化碳，據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子相等和原子守恒書寫離子方程式為：5H₂C₂O₄十2MnO₄^-十6H⁺=2Mn²⁺十10CO₂↑十8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄十2MnO₄^-十6H⁺=2Mn²⁺十10CO₂↑十8H₂O；
（2）由實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍�，探究濃度、溫度、接觸面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，
實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO₄酸性溶液的濃度對反應(yīng)速率的影響，則實(shí)驗(yàn)①②的溫度、催化劑的用量相同，只有濃度不同；實(shí)驗(yàn)①③的溫度不同，則實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄繙囟葘�化學(xué)反應(yīng)速率的影響，則①③中只有溫度不同，其他條件相同；實(shí)驗(yàn)①④應(yīng)該是探究催化劑對反應(yīng)速率的影響，則①④中只有催化劑的用量不同，其他條件相同，據(jù)此完成表格為：

實(shí)驗(yàn)編號	T/K	催化劑的用量/g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/td>
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究催化劑對該反應(yīng)速率的影響
②	298	0.5	0.001
③	323	0.5	0.01
④	298	0	0.01

故答案為：

實(shí)驗(yàn)編號	T/K	催化劑的用量/g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/td>
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究催化劑對該反應(yīng)速率的影響
②	298	0.5	0.001
③	323	0.5	0.01
④	298	0	0.01

；
（3）開始緩慢褪色，后來迅速變成無色，說明反應(yīng)速率明顯加快，排除溫度的影響，反應(yīng)過程中濃度減小，在溶液中進(jìn)行壓強(qiáng)無影響，只能是生成物對反應(yīng)有催化作用，分析生成物可知，其他離子原溶液中有，只能是錳離子起了催化作用；為了證明猜想，除酸性高錳酸鉀、草酸溶液外，還需要選擇的試劑最合理的是硫酸錳，提供錳離子，
故答案為：反應(yīng)生成的錳離子起了催化作用；B；
（4）①反應(yīng)開始時：c（KMnO₄）=$\frac{0.001mol/L×0.004L}{0.004L+0.002L}$=0.00067 mol•L^-1
                 反應(yīng)時間：△t=$\frac{6min+7min+7min}{3}$=6.7min  
KMnO₄的平均反應(yīng)速率：ν（KMnO₄）=$\frac{0.00067mol/L}{6.7min}$=1×10^-4 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：1×10^-4 mol•L^-1•min^-1；
②由題中數(shù)據(jù)知濃度大的褪色時間反而長，因顏色是由KMnO₄產(chǎn)生，雖然KMnO₄濃度大反應(yīng)快，但KMnO₄的量也多，故無法比較，故不經(jīng)過計(jì)算直接利用表中的褪色時間長短來判斷濃度大小與反應(yīng)速率的關(guān)系是不可行的；所以若想通過直接觀察褪色時間長短來判斷溶液濃度的大小，則必須保證KMnO₄酸性溶液的濃度相同，草酸過量且濃度不同，
故答案為：不可行；取過量的體積相同、濃度不同的草酸溶液分別與體積相同、濃度相同的高錳酸鉀酸性溶液反應(yīng)，觀察溶液褪色的情況；
③只改變KMnO₄酸性溶液的濃度，硫酸的用量相同，都是2.0mL，通過加蒸餾水使溶液總體積不變，總體積為10.0mL，則V₁=3.0mL，V₂=2.0mL，
故答案為：3.0；2.0．

點(diǎn)評 本題考查了探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素的方法，熟練掌握外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響為解答關(guān)鍵，注意明確設(shè)置對照試驗(yàn)的原則，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，題目難度中等．