Question

7．某化學興趣小組在一次實驗探究中發(fā)現(xiàn)，向草酸溶液中逐滴加入高錳酸鉀溶液時，溶液褪色先慢后快，即反應速率由小變大．小組成員為此“異�！爆F(xiàn)象展開討論．猜想造成這種現(xiàn)象的最可能原因有兩種，并為此設計實驗進行探究驗證．
猜想Ⅰ：此反應過程放熱，溫度升高，反應速率加快；
猜想Ⅱ：生成的Mn²⁺在反應中起到催化劑的作用，加快了反應速率
【實驗目的】探究草酸與高錳酸鉀反應的速率變化“異�！痹�因；
【實驗用品】儀器：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．
請你根據(jù)該興趣小組的實驗探究設計思路，補充完整所缺內容．
（1）KMnO₄溶液可用硫酸酸化，而為什么不能用鹽酸酸化，請用離子方程式進行說明：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺+5Cl₂↑+8H₂O．
（2）草酸溶液與酸性KMnO₄溶液反應的離子方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
（3）要完成對猜想Ⅰ的實驗驗證，至少還需要一種實驗儀器是溫度計．
（4）要設計實驗驗證猜想Ⅱ，進行該實驗還要補充的一種試劑是MnSO₄（s），一種儀器是秒表．
（5）基于猜想Ⅱ成立，設計方案進行實驗，請完成以下實驗記錄表內容．

對比實驗	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
（預期）實驗現(xiàn)象 （褪色時間）	褪色較慢	褪色很快
結論	猜想Ⅱ正確

（6）結晶水合草酸成品的純度用高錳酸鉀法測定．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，反應的計算該成品的純度．

Answer 1

分析 猜想II：草酸與高錳酸鉀溶液發(fā)生反應：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2 Mn²⁺+8H₂O，溶液褪色先慢后快，即反應速率由小變大，根據(jù)影響反應速率的因素有濃度、壓強、溫度和催化劑來分析；
（1）鹽酸中的Cl^-有較強的還原性；
（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是認為可能是由于反應放熱導致體系溫度升高而加快了反應速率；
（4）猜想II是認為生成的Mn²⁺在反應中起到催化劑的作用，故應補充MnSO₄，通過測量溶液褪色的時間來驗證猜想；
（5）要通過對比實驗來驗證猜想Ⅱ，則實驗B和實驗A的加入試劑除了MnSO₄固體不同，其他均應相同，據(jù)此分析；
（6）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化草酸根離子生成二氧化碳，同時自身被還原生成二價錳離子，根據(jù)草酸和高錳酸鉀之間的關系式計算草酸的物質的量，再根據(jù)質量分數(shù)公式計算其純度

解答 解：猜想II：影響反應速率的因素有濃度、壓強、溫度和催化劑，而草酸與高錳酸鉀溶液發(fā)生反應：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2 Mn²⁺+8H₂O，溶液褪色先慢后快，即反應速率由小變大，反應物是溶液，無氣體，故不能是反應物的濃度和壓強對反應速率產(chǎn)生的影響，則只能是生成的產(chǎn)物又做了此反應的催化劑，加快了反應速率，故答案為：生成的Mn²⁺在反應中起到催化劑的作用，加快了反應速率；
（1）鹽酸中的Cl^-有較強的還原性，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是認為可能是由于反應放熱導致體系溫度升高而加快了反應速率，故應測量反應前和反應開始后一段時間的溫度變化，則還缺少溫度計，故答案為：溫度計；
（4）猜想II是認為生成的Mn²⁺在反應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，故應補充MnSO₄固體，通過測量溶液褪色的時間的長短來驗證猜想，則還需的儀器是秒表，故答案為：MnSO₄（s），秒表；
（5）要通過對比實驗來驗證猜想Ⅱ，則實驗B和實驗A的試劑的選擇應除了MnSO₄固體不同，其他均應相同，故試管B內加入的試劑是在試管A試劑的基礎上多加了MnSO₄（s），由于結論是猜想II成立，則試管B的褪色時間應該比試管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
（預期）實驗現(xiàn)象 （褪色時間）		褪色很快
結論

（6）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化草酸根離子生成二氧化碳，同時自身被還原生成二價錳離子，
離子反應方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
設草酸的物質的量為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%．

點評 本題考查了影響反應速率的因素，明確要驗證一個因素的改變對反應速率的影響，則必須保持其他影響因素一致，難點是計算草酸結晶水合物的純度，根據(jù)方程式進行分析解答，難度中等．