Question

2．酸性 KMnO₄溶液能與草酸（H₂C₂O₄）溶液反應(yīng)．某化學(xué)探究小組利用反應(yīng)過程中溶液紫色消失快慢的 方法來研究影響反應(yīng)速率的因素．
I．實(shí)驗(yàn)前首先用濃度為 0.1000mol/L 酸性 KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定未知濃度的草酸溶液．
（1）寫出滴定過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式 2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（2）下列有關(guān)一定物質(zhì)的量濃度溶液配制的說法中正確的是 C．
A．把 15.8g KMnO₄固體溶于 1L 水中所得溶液物質(zhì)的量濃度為 0.1mol/L
B．把 0.01mol KMnO₄固體投入 100mL 容量瓶中加水至刻度線，充分振蕩后，濃度為 0.1mol/L C．需要 90mL 0.1mol/L 的 KMnO₄溶液，應(yīng)準(zhǔn)確稱量 KMnO₄ 固體 1 58g
D．定容時(shí)仰視容量瓶頸刻度線讀數(shù)，會(huì)使配制的溶液濃度偏高
II．通過滴定實(shí)驗(yàn)得到草酸溶液的濃度為 0.2000mol/L．用該草酸溶液按下表進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)（每次實(shí)驗(yàn)草酸溶液 的用量均為 8.00mL）．

實(shí)驗(yàn) 編號	溫度 （℃）	催化劑 用量（g）	酸性高錳酸鉀溶液
			體積（mL）	濃度（mol/L）
1	25	0.5	4.00	0.1000
2	50	0.5	4.00	0.1000
3	25	0.5	4.00	0.0100
4	25	0	4.00	0.1000

（3）寫出表中實(shí)驗(yàn) 1 和實(shí)驗(yàn) 2 的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?nbsp;探究溫度不同對反應(yīng)速率的影響．
（4）該小組同學(xué)對實(shí)驗(yàn) 1 和實(shí)驗(yàn) 3 分別進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，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)）：

實(shí)驗(yàn) 編號	溶液褪色所需時(shí)間（min）
	第 1 次	第 2 次	第 3 次
1	14.0	13.0	11.0
2	6.5	6.7	6.8

分析上述數(shù)據(jù)后得出“其他條件相同時(shí)，酸性高錳酸鉀溶液的濃度越小，褪色時(shí)間就越短，即反應(yīng)速率就
越快”的結(jié)論．甲同學(xué)認(rèn)為該小組“探究反應(yīng)物濃度對速率影響”的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中存在問題，從而得到 了 錯(cuò) 誤 的 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 論，甲 同 學(xué) 改 進(jìn) 了 實(shí) 驗(yàn) 方 案，請 簡 述 甲 同 學(xué) 改 進(jìn)．
（5）該實(shí)驗(yàn)中使用的催化劑應(yīng)選擇 MnSO₄并非 MnCl₂，原因可用離子方程式表示為 2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=5Cl₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
III．工業(yè)上可用軟錳礦（主要成分為 MnO₂）經(jīng)下列生產(chǎn)過程制備高錳酸鉀．
①由軟錳礦提取得到 MnO₂，然后在 MnO₂、KOH 的熔融混合物中通入空氣可制得錳酸鉀（K₂MnO₄）；
②向錳酸鉀溶液中通入 CO₂ 可獲得高錳酸鉀．
（6）第①步生產(chǎn)過程中，在熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（7）向錳酸鉀溶液中通入CO₂可獲得高錳酸該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2：1．

Answer 1

分析 （1）高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，能把草酸氧化成二氧化碳，自身被還原成二價(jià)錳離子；
（2）A．15.8gKMnO₄物質(zhì)的量為0.1mol，溶于1L水中所得溶液的體積大于1L；
B．固體應(yīng)先在燒杯中溶解，然后轉(zhuǎn)移入容量瓶；
C．需要90mL的溶液，因?yàn)闆]有90mL容量瓶，故需要100mL容量瓶，經(jīng)計(jì)算得知：配制0.1mol/L的KMnO₄溶液，應(yīng)準(zhǔn)確稱量固體1.58g；
D．定容時(shí)仰視容量瓶頸刻度線讀數(shù)，會(huì)使配制的溶液濃度偏低；
（3）Ⅱ?qū)嶒?yàn)1、2反應(yīng)物用量完全相同，只有溫度不同，目的就在于探究溫度不同對反應(yīng)速率的影響；
（4）高錳酸鉀的物質(zhì)的量相同，濃度不同的草酸溶液，可以探究反應(yīng)物濃度對該反應(yīng)速率的影響；
（5）酸性條件下，高錳酸根離子能將氯離子氧化成氯氣；
（6）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水．反應(yīng)中錳元素由+4價(jià)升高為+6價(jià)，總升高2價(jià)，氧元素由0價(jià)降低為-2價(jià)，總共降低4價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為4，所以MnO₂系數(shù)2，O₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K₂MnO₄系數(shù)，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)；
（7）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，故化學(xué)方程式為3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+2K₂CO₃+MnO₂，升失氧化還原劑，得到的是氧化產(chǎn)物，降得還原氧化劑得到的是還原產(chǎn)物，據(jù)此進(jìn)行分析．

解答 解：（1）高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，把草酸中的C從+3價(jià)氧化成+4價(jià)的二氧化碳，Mn元素從+7價(jià)變化到+2價(jià)的錳離子，由于草酸分子中有2個(gè)C原子，所以高錳酸鉀與草酸的反應(yīng)比例為 5：2，故反應(yīng)的方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（2）A．15.8gKMnO₄物質(zhì)的量為0.1mol，溶于1L水中所得溶液的體積大于1L，故A錯(cuò)誤；
B．固體應(yīng)先在燒杯中溶解，然后轉(zhuǎn)移入容量瓶，不能在容量瓶中溶解，故B錯(cuò)誤；
C．需要90mL的溶液，因?yàn)闆]有90mL容量瓶，故需要100mL容量瓶，經(jīng)計(jì)算得知：配制0.1mol/L的KMnO₄溶液，應(yīng)準(zhǔn)確稱量固體1.58g，故C正確；
D．定容時(shí)仰視容量瓶頸刻度線讀數(shù)，會(huì)使配制的溶液濃度偏低，故D錯(cuò)誤，
故答案為：C；
（3）Ⅱ?qū)嶒?yàn)1、2反應(yīng)物用量完全相同，只有溫度不同，目的就在于探究溫度不同對反應(yīng)速率的影響；
故答案為：探究溫度不同對反應(yīng)速率的影響；
（4）因根據(jù)表格中的褪色時(shí)間長短來判斷濃度大小與反應(yīng)速率的關(guān)系，需滿足高錳酸鉀的物質(zhì)的量相同，濃度不同的草酸溶液，故甲同學(xué)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案其它條件相同時(shí)，利用等量且少量的高錳酸鉀與等體積不同濃度的足量草酸溶液反應(yīng)，測量溶液褪色時(shí)間，
故答案為：其它條件相同時(shí)，利用等量且少量的高錳酸鉀與等體積不同濃度的足量草酸溶液反應(yīng)，測量溶液褪色時(shí)間；
（5）酸性條件下，高錳酸根離子能將氯離子氧化成氯氣，自身被還原成二價(jià)錳離子，反應(yīng)方程式為2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=5Cl₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=5Cl₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
（6）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水．反應(yīng)中錳元素由+4價(jià)升高為+6價(jià)，總升高2價(jià)，氧元素由0價(jià)降低為-2價(jià)，總共降低4價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為4，所以MnO₂系數(shù)2，O₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K₂MnO₄系數(shù)為2，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)為4，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)為2，所以反應(yīng)化學(xué)方程式為2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（7）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，故化學(xué)方程式為3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+2K₂CO₃+MnO₂，升失氧化還原劑，得到的是氧化產(chǎn)物，故氧化產(chǎn)物為KMnO₄，降得還原氧化劑得到的是還原產(chǎn)物，故還原產(chǎn)物為MnO₂，故氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2：1，
故答案為：2：1．

點(diǎn)評 本題考查了探究溫度、濃度對反應(yīng)速率的影響、濃度隨時(shí)間變化的曲線，題目難度中等，試題側(cè)重對學(xué)生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導(dǎo)與訓(xùn)練，旨在考查學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力．