Question

7．某化學(xué)興趣小組在一次實(shí)驗(yàn)探究中發(fā)現(xiàn)，向草酸溶液中逐滴加入高錳酸鉀溶液時(shí)，溶液褪色先慢后快，即反應(yīng)速率由小變大．小組成員為此“異常”現(xiàn)象展開(kāi)討論．猜想造成這種現(xiàn)象的最可能原因有兩種，并為此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究驗(yàn)證．
猜想Ⅰ：此反應(yīng)過(guò)程放熱，溫度升高，反應(yīng)速率加快；
猜想Ⅱ：生成的Mn²⁺在反應(yīng)中起到催化劑的作用，加快了反應(yīng)速率
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹刻骄坎菟崤c高錳酸鉀反應(yīng)的速率變化“異常”原因；
【實(shí)驗(yàn)用品】?jī)x器：試管、膠頭滴管、量筒、藥匙、玻璃棒等；
試劑：0.1mol/LH₂C₂O₄溶液、0.05mol/LKMnO₄（硫酸酸化）溶液等．
請(qǐng)你根據(jù)該興趣小組的實(shí)驗(yàn)探究設(shè)計(jì)思路，補(bǔ)充完整所缺內(nèi)容．
（1）KMnO₄溶液可用硫酸酸化，而為什么不能用鹽酸酸化，請(qǐng)用離子方程式進(jìn)行說(shuō)明：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O．
（2）草酸溶液與酸性KMnO₄溶液反應(yīng)的離子方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
（3）要完成對(duì)猜想Ⅰ的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，至少還需要一種實(shí)驗(yàn)儀器是溫度計(jì)．
（4）要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想Ⅱ，進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)還要補(bǔ)充的一種試劑是MnSO₄（s），一種儀器是秒表．
（5）基于猜想Ⅱ成立，設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)記錄表內(nèi)容．

對(duì)比實(shí)驗(yàn)	試管A	試管B
加入試劑	1ml0.05mol/l KMnO4 2ml0.1mol/l H2C2O4	1ml0.05mol/lKMnO4 2ml0.1mol/lH2C2O4 少量MnSO4
（預(yù)期）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 （褪色時(shí)間）	褪色較慢	褪色很快
結(jié)論	猜想Ⅱ正確

（6）結(jié)晶水合草酸成品的純度用高錳酸鉀法測(cè)定．稱量草酸成品0.250g溶于水，用0.0500mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定，至淺粉紅色不消褪，消耗KMnO₄溶液15.00mL，反應(yīng)的計(jì)算該成品的純度．

Answer 1

分析 猜想II：草酸與高錳酸鉀溶液發(fā)生反應(yīng)：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2 Mn²⁺+8H₂O，溶液褪色先慢后快，即反應(yīng)速率由小變大，根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素有濃度、壓強(qiáng)、溫度和催化劑來(lái)分析；
（1）鹽酸中的Cl^-有較強(qiáng)的還原性；
（2）草酸中的碳元素被在酸性條件下能被高錳酸鉀溶液氧化為CO₂，高錳酸根能被還原為Mn²⁺；
（3）猜想I是認(rèn)為可能是由于反應(yīng)放熱導(dǎo)致體系溫度升高而加快了反應(yīng)速率；
（4）猜想II是認(rèn)為生成的Mn²⁺在反應(yīng)中起到催化劑的作用，故應(yīng)補(bǔ)充MnSO₄，通過(guò)測(cè)量溶液褪色的時(shí)間來(lái)驗(yàn)證猜想；
（5）要通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證猜想Ⅱ，則實(shí)驗(yàn)B和實(shí)驗(yàn)A的加入試劑除了MnSO₄固體不同，其他均應(yīng)相同，據(jù)此分析；
（6）酸性高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，能氧化草酸根離子生成二氧化碳，同時(shí)自身被還原生成二價(jià)錳離子，根據(jù)草酸和高錳酸鉀之間的關(guān)系式計(jì)算草酸的物質(zhì)的量，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式計(jì)算其純度

解答 解：猜想II：影響反應(yīng)速率的因素有濃度、壓強(qiáng)、溫度和催化劑，而草酸與高錳酸鉀溶液發(fā)生反應(yīng)：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2 Mn²⁺+8H₂O，溶液褪色先慢后快，即反應(yīng)速率由小變大，反應(yīng)物是溶液，無(wú)氣體，故不能是反應(yīng)物的濃度和壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率產(chǎn)生的影響，則只能是生成的產(chǎn)物又做了此反應(yīng)的催化劑，加快了反應(yīng)速率，故答案為：生成的Mn²⁺在反應(yīng)中起到催化劑的作用，加快了反應(yīng)速率；
（1）鹽酸中的Cl^-有較強(qiáng)的還原性，在酸性條件下能被高錳酸鉀溶液氧化為Cl₂，高錳酸根能被還原為Mn²⁺：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O，故答案為：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O；
（2）草酸中的碳元素被在酸性條件下能被高錳酸鉀溶液氧化為CO₂，高錳酸根能被還原為Mn²⁺，根據(jù)得失電子數(shù)守恒來(lái)配平可得離子方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2 Mn²⁺+8H₂O，故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2 Mn²⁺+8H₂O；
（3）由于猜想I是認(rèn)為可能是由于反應(yīng)放熱導(dǎo)致體系溫度升高而加快了反應(yīng)速率，故應(yīng)測(cè)量反應(yīng)前和反應(yīng)開(kāi)始后一段時(shí)間的溫度變化，則還缺少溫度計(jì)，故答案為：溫度計(jì)；
（4）猜想II是認(rèn)為生成的Mn²⁺在反應(yīng)中起到催化劑的作用，由于Cl^-也能使高錳酸鉀溶液褪色，故為了避免Cl^-的干擾，故應(yīng)補(bǔ)充MnSO₄固體，通過(guò)測(cè)量溶液褪色的時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)驗(yàn)證猜想，則還需的儀器是秒表，故答案為：MnSO₄（s），秒表；
（5）要通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證猜想Ⅱ，則實(shí)驗(yàn)B和實(shí)驗(yàn)A的試劑的選擇應(yīng)除了MnSO₄固體不同，其他均應(yīng)相同，故試管B內(nèi)加入的試劑是在試管A試劑的基礎(chǔ)上多加了MnSO₄（s），由于結(jié)論是猜想II成立，則試管B的褪色時(shí)間應(yīng)該比試管A的更快，故答案為：

	試管a	試管b
加入試劑		1ml0.05mol/l KMnO4 2ml0.1mol/l H2C2O4 少量MnSO4
（預(yù)期）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 （褪色時(shí)間）		褪色很快
結(jié)論

（6）酸性高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，能氧化草酸根離子生成二氧化碳，同時(shí)自身被還原生成二價(jià)錳離子，
離子反應(yīng)方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
設(shè)草酸的物質(zhì)的量為xmol，則：
5H₂C₂O₄+6H⁺+2MnO₄^-=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O
5mol        2mol
x         0.0500mol•L^-1×0.015L
所以，5mol：2mol=x：0.0500mol•L^-1×0.015L
解得x=0.001875mol，
故其純度=$\frac{0.001875mol×90g/mol}{0.25g}$×100%=67.5%，
答：草酸樣品的純度為67.5%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了影響反應(yīng)速率的因素，明確要驗(yàn)證一個(gè)因素的改變對(duì)反應(yīng)速率的影響，則必須保持其他影響因素一致，難點(diǎn)是計(jì)算草酸結(jié)晶水合物的純度，根據(jù)方程式進(jìn)行分析解答，難度中等．