Question

【題目】草酸是一種常用的還原劑，某校高三化學(xué)小組探究草酸被氧化的速率問題。

實(shí)驗(yàn)Ⅰ	試劑			混合后 溶液pH	現(xiàn)象 (1 h后溶液)
	試管		滴管
	a	4mL0.01molL-1KMnO4溶液，幾滴濃H2SO4	2 mL0.3molL-1 H2C2O4溶液	2	褪為無色
	b	4mL0.01molL-1KMnO4溶液，幾滴濃NaOH		7	無明顯變化
	c	4mL0.01molL-1K2Cr2O7溶液，幾滴濃H2SO4		2	無明顯變化
	d	4mL0.01molL-1K2Cr2O7溶液，幾滴濃NaOH		7	無明顯變化

(1)H2C2O4是二元弱酸，寫出H2C2O4溶于水的電離方程式：___________。

(2)實(shí)驗(yàn)Ⅰ試管a中KMnO4最終被還原為Mn2+，該反應(yīng)的離子方程式為__________。

(3)瑛瑛和超超查閱資料，實(shí)驗(yàn)Ⅰ試管c中H2C2O4與K2Cr2O7溶液反應(yīng)需數(shù)月時(shí)間才能完成，但加入MnO2可促進(jìn)H2C2O4與K2Cr2O7的反應(yīng)。依據(jù)此資料，吉吉和昊昊設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一點(diǎn)。

	實(shí)驗(yàn)Ⅱ	實(shí)驗(yàn)Ⅲ	實(shí)驗(yàn)Ⅳ
實(shí)驗(yàn) 操作
實(shí)驗(yàn) 現(xiàn)象	6min后固體完全溶解，溶液橙色變淺，溫度不變	6min后固體未溶解，溶液顏色無明顯變化	6min后固體未溶解，溶液顏色無明顯變化

實(shí)驗(yàn)Ⅳ的目的是：_______________。

(4)睿睿和萌萌對實(shí)驗(yàn)II繼續(xù)進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)溶液中Cr2O72-濃度變化如圖：

臧臧和蔡蔡認(rèn)為此變化是通過兩個(gè)過程實(shí)現(xiàn)的。

過程i：MnO2與H2C2O4反應(yīng)生成了Mn2+。

過程ii：___________。

①查閱資料：溶液中Mn2+能被PbO2氧化為MnO4-。針對過程i，可采用如下方法證實(shí)：將0.0001mol MnO2加入到6mL______中，固體完全溶解；從中取出少量溶液，加入過量PbO2固體，充分反應(yīng)后靜置，觀察到________________。

②波波和姝姝設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證實(shí)了過程ii成立，她們的實(shí)驗(yàn)方案如下：將2mL、0.3mol/LH2C2O4溶液與4mL0.01mol/LK2Cr2O7溶液混合，調(diào)至pH=2，加入0.0001molMnSO4固體，6分鐘后現(xiàn)象為：______________

(5)綜合以上實(shí)驗(yàn)可知，草酸發(fā)生氧化反應(yīng)的速率與____________有關(guān)。

Answer 1

【答案】H2C2O4HC2O4-+H+，HC2O4-C2O42-+H+ 5H2C2O4+6H++2MnO4-=10CO2↑+2Mn2++8H2O 排除實(shí)驗(yàn)II中MnO2直接還原重鉻酸鉀的可能性 Mn2+可加快草酸與重鉻酸鉀的反應(yīng) 0.1mol/LH2C2O4溶液(調(diào)至pH=2) 上層清液為紫色 6min后溶液橙色變淺 氧化劑種類、溶液pH、是否有催化劑

【解析】

(1)H2C2O4是二元弱酸，分步電離，用“”連接；

(2)MnO4－和H2C2O4反應(yīng)生成Mn2＋和CO2，結(jié)合電子守恒、電荷守恒和酸性條件寫出反應(yīng)的離子方程式；

(3)MnO2中Mn的化合價(jià)為+4，既有氧化性，又有還原性，可能被K2Cr2O7氧化造成干擾；

(4)由圖象可知，2min之前反應(yīng)緩慢，但2min后反應(yīng)速率陡增，在溫度變化不大時(shí)，說明生成物加快了反應(yīng)速率；

①Mn2＋能被PbO2氧化為紫色的MnO4－，通過觀察溶液顏色變化證明溶液中含有Mn2＋，為了防止溶液酸性和c(Mn2＋)不同造成干擾，結(jié)合過程i和實(shí)驗(yàn)II信息可知，先用0.0001mol MnO2和6mL0.1mol·L－1H2C2O4溶液制備與實(shí)驗(yàn)II等濃度的Mn2＋，形成對比實(shí)驗(yàn)；

②加入與實(shí)驗(yàn)IIMnO2等物質(zhì)的量的可溶性MnSO4，可驗(yàn)證Mn2＋的催化作用，現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)II相同；

(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)I可知，草酸發(fā)生氧化反應(yīng)的速率與氧化劑種類、溶液酸堿性有關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)II、IV可知草酸發(fā)生氧化反應(yīng)的速率與是否有催化劑有關(guān)。

(1)H2C2O4是二元弱酸，分步電離，用“”連接，所以H2C2O4溶于水的電離方程式為H2C2O4HC2O4－+H＋，HC2O4－C2O42－+H＋；

(2)酸性條件下，MnO4－和H2C2O4反應(yīng)生成Mn2＋和CO2，反應(yīng)的離子方程式為5H2C2O4+6H＋+2MnO4－=10CO2↑+2Mn2＋+8H2O；

(3)MnO2中Mn的化合價(jià)為+4，既有氧化性，又有還原性，可能被K2Cr2O7氧化；H2C2O4具有還原性，能被K2Cr2O7氧化，所以實(shí)驗(yàn)Ⅳ是對比實(shí)驗(yàn)，目的是排除實(shí)驗(yàn)II中MnO2直接還原重鉻酸鉀的可能性；

(4)由圖象可知，2min之前反應(yīng)緩慢，隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物濃度降低，反應(yīng)速率應(yīng)該降低，但2min后反應(yīng)速率陡增，在溫度變化不大時(shí)，說明生成物加快了反應(yīng)速率，即生成的Mn2＋可加快草酸與重鉻酸鉀的反應(yīng)；

①過程i是MnO2和H2C2O4反應(yīng)生成了Mn2+，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，需要采用控制變量法。實(shí)驗(yàn)II中起始時(shí)總?cè)芤?/span>6mL、c(H2C2O4)= ，MnO20.0001mol，所以進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將0.0001mol MnO2加入到6mL0.1 mol·L－1 H2C2O4溶液（調(diào)至pH=2），根據(jù)資料信息，Mn2+能被PbO2氧化為MnO4-。加入過量PbO2固體，溶液呈紫色以證實(shí)Mn2＋的存在，現(xiàn)象為上層清液為紫色；

②證明Mn2＋有催化作用，可在H2C2O4和K2Cr2O7濃度不變的條件下，加入與實(shí)驗(yàn)IIMnO2等物質(zhì)的量的可溶性MnSO4，生成的Mn2＋可加快草酸與重鉻酸鉀的反應(yīng)，則現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)II相同，因此6min后現(xiàn)象為溶液橙色變淺；

(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)I可知，草酸發(fā)生氧化反應(yīng)的速率與氧化劑種類、溶液酸堿性有關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)II、IV可知草酸發(fā)生氧化反應(yīng)的速率與是否有催化劑有關(guān)，所以草酸發(fā)生氧化反應(yīng)的速率與氧化劑種類、溶液酸堿性、是否有催化劑等有關(guān)。