Question

6．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．
（1）該反應(yīng)的離子方程式為（提示：H₂C₂O₄的一級電離常數(shù)為5.4×10^-2）2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O； 每消耗1mol H₂C₂O₄轉(zhuǎn)移2mol 電子．
（2）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．如果要探究反應(yīng)物濃度、溫度、催化劑對反應(yīng)速率的影響，通過變換這些實(shí)驗(yàn)條件，至少需要完成4個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比即可得出結(jié)論．
（3）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(shí)）：

KMnO4酸性溶液 的濃度/mol•L-1	溶液褪色所需時(shí)間 t/min
	第1次	第2次	第3次
0.01	14	13	12
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(shí)KMnO₄的平均反應(yīng)速率1×10^-4mol•L^-1•min^-1．
②若不經(jīng)過計(jì)算，直接看表中的褪色時(shí)間長短來判斷濃度大小與反應(yīng)速率的關(guān)系是否可行？若可行，說明理由；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(shí)間長短來判斷的改進(jìn)方案：否（或：不可行），取過量的體積相同、濃度不同的草酸溶液分別同時(shí)與體積相同、濃度相同的高錳酸鉀酸性溶液反應(yīng)．

Answer 1

分析 （1）在酸性條件下，高錳酸根離子能和草酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二價(jià)錳離子、二氧化碳和水，據(jù)此寫出離子方程式；根據(jù)離子方程式關(guān)系確定電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量；
（2）所做的實(shí)驗(yàn)至少有對比實(shí)驗(yàn)、改變濃度的實(shí)驗(yàn)、改變溫度的實(shí)驗(yàn)、加催化劑的實(shí)驗(yàn)；
（3）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$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；如果想通過直接觀察褪色時(shí)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．

解答 解：（1）在酸性條件下，高錳酸根離子能和草酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二價(jià)錳離子、二氧化碳和水，離子方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
H₂C₂O₄中的碳為+3價(jià)，升高到+4價(jià)，根據(jù)5H₂C₂O₄～10CO₂，每個(gè)碳原子升高1價(jià)，
所以5H₂C₂O₄～10CO₂～10e^-，
       1mol        2mol
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；2；
 （2）要得出反應(yīng)物濃度、溫度、催化劑對反應(yīng)速率影響的結(jié)論至少要完成：①取不同濃度KMnO4溶液，在相同溫度下進(jìn)行反應(yīng)；②取同濃度KMnO4溶液，在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)；③取同濃度KMnO4溶溶，在同溫度且有催化劑的條件下進(jìn)行反應(yīng)；④取同濃度KMnO4溶液，在同溫度且不使用催化劑的條件下進(jìn)行反應(yīng)等3個(gè)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行對比．
故答案為：4；
（3）①反應(yīng)開始時(shí)：c（KMnO₄）=$\frac{0.001mol•{L}^{-1}×0.004L}{0.004L+0.002L}$=0.00067 mol•L^-1，反應(yīng)時(shí)間：△t=$\frac{6min+7min+7min}{3}$=6.7min，
KMnO₄的平均反應(yīng)速率：ν（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.00067mol•{L}^{-1}}{6.7min}$=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(shí)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(shí)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(shí)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，才能判斷H₂C₂O₄溶液濃度的大小，
故答案為：否（或：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．

點(diǎn)評 本題考查了氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫、電子轉(zhuǎn)移及影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，側(cè)重于學(xué)生的分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�難度不大．