Question

4．影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素很多，某課外興趣小組用實驗方法進(jìn)行探究．

序號	溫度/℃	催化劑	現(xiàn)象	結(jié)論
1	40	FeCl3溶液
2	20	FeCl3溶液
3	20	MnO2
4	20	無

（1）取等物質(zhì)的量濃度、等體積的H₂O₂溶液分別進(jìn)行H₂O₂的分解實驗，實驗報告如下表所示（現(xiàn)象和結(jié)論略）．
①實驗1、2研究的是溫度對H₂O₂分解速率的影響．
②實驗2、3的目的是比較FeCl₃溶液和MnO₂兩種催化劑對H₂O₂分解速率影響的差異．
（2）查文獻(xiàn)可知，Cu²⁺對H₂O₂分解也有催化作用，為比較Fe³⁺、Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，該小組的同學(xué)分別設(shè)計了如圖甲、乙所示的實驗．回答相關(guān)問題：
①定性分析：如圖甲可通過觀察反應(yīng)產(chǎn)生氣泡的快慢，定性比較得出結(jié)論．有同學(xué)提出將CuSO₄溶液改為CuCl₂溶液更合理，其理由是控制陰離子相同，排除陰離子的干擾．
②定量分析：如圖乙所示，實驗時以收集到40mL氣體為準(zhǔn)，忽略其他可能影響實驗的因素，實驗中需要測量的數(shù)據(jù)是收集40mL氣體所需時間．
（3）酸性高錳酸鉀溶液和草酸溶液可發(fā)生反應(yīng)：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═K₂SO₄+2MnSO₄+8H₂O+10CO₂↑，實驗時發(fā)現(xiàn)開始反應(yīng)速率較慢，溶液褪色不明顯，但一段時間后突然褪色，反應(yīng)速率明顯加快．對此展開討論：
①某同學(xué)認(rèn)為KMnO₄與H₂C₂O₄的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，導(dǎo)致溶液溫度升高，反應(yīng)速率加快；
②從影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素看，你認(rèn)為還可能是催化劑（Mn²⁺的催化作用）的影響．要證明你的猜想，實驗方案是用兩組酸性高錳酸鉀溶液和草酸溶液作對比實驗，一組加入少量MnSO₄固體，一組不加，看反應(yīng)速率快慢．

Answer 1

分析 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素很多，實驗1、2使用相同的催化劑，就可以探究溫度對H₂O₂分解速率的影響．如果催化劑的催化效率高，則產(chǎn)生氣泡快．在探究Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果是，必須保持其他的條件相同，所以將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃更為合理，可以避免由于陰離子不同造成的干擾．催化效率越高，則一定時間內(nèi)產(chǎn)生的氣體越多；影響反應(yīng)速率的因素除了濃度、溫度外，催化劑也影響反應(yīng)速率；根據(jù)反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)產(chǎn)物中錳離子隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度變化較大，反應(yīng)前加入硫酸錳，根據(jù)反應(yīng)速率大小判斷錳離子是否在該反應(yīng)中起到催化作用．

解答 解：（1）①實驗1、2使用相同的催化劑，但溫度不同，所以反應(yīng)速率不同是由溫度不同導(dǎo)致的，所以可以探究溫度對H₂O₂分解速率的影響，故答案為：溫度；
①試驗2、3溫度相同，使用不同的催化劑，故該實驗比較FeCl₃溶液和MnO₂兩種催化劑對H₂O₂分解速率影響的差異，故答案為：比較FeCl₃溶液和MnO₂兩種催化劑對H₂O₂分解速率影響的差異；
（2）①定性比較Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，可以通過觀察產(chǎn)生氣泡的快慢來比較，產(chǎn)生氣泡快的，催化效果好；在探究Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果是，必須保持其他的條件相同，所以將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃更為合理，可以避免由于陰離子不同造成的干擾，
故答案為：反應(yīng)產(chǎn)生氣泡的快慢；控制陰離子相同，排除陰離子的干擾；
②定量比較Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，由圖可知，可以通過測定一定時間內(nèi)產(chǎn)生的氣體（或測定產(chǎn)生一定體積的氣體所需的時間）來比較．一定時間內(nèi)產(chǎn)生的氣體越多或產(chǎn)生一定體積的氣體所需的時間越短，則催化效果越好，故答案為：收集40 mL氣體所需時間；
（3）①實驗時發(fā)現(xiàn)開始反應(yīng)速率較慢，溶液褪色不明顯，但一段時間后突然褪色，反應(yīng)速率明顯加快，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，導(dǎo)致溶液溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，故答案為：放；溶液溫度升高，反應(yīng)速率加快；
②對化學(xué)反應(yīng)速率影響最快的是催化劑，故猜想還可能是催化劑的影響；反應(yīng)方程式2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+8H₂O+10CO₂↑中，濃度變化較大的為錳離子，所以選擇的可以做催化劑的試劑應(yīng)該含有錳離子，
故答案為：催化劑（Mn²⁺的催化作用）；用兩組酸性高錳酸鉀溶液和草酸溶液作對比實驗，一組加入少量MnSO₄固體，一組不加，看反應(yīng)速率快慢．

點評 本題考查影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界條件除溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑外，還有很多因素可以改變反應(yīng)速率，通過保持其他外界條件一致而改變一個條件來探究溫度、催化劑對反應(yīng)速率的影響，綜合性較強(qiáng)，難度適中．