Question

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．實驗條件作如下限定：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，實驗溫度可選擇298K、323K．每次實驗KMnO₄酸性溶液的用量均為4mL、H₂C₂O₄溶液（0.1mol·L^﹣1）的用量均為2mL．

（1）配平化學(xué)方程式：

　　KMnO₄+　　H₂C₂O₄+　　H₂SO₄→　　K₂SO₄+　　MnSO₄+　　CO₂+　　H₂O

（2）請完成以下實驗設(shè)計表，并在實驗?zāi)康囊粰谥刑畛鰧��?yīng)的實驗編號：

實驗編號	T/K	催化劑的用量/g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol·L﹣1	實驗?zāi)康?/p>
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實驗①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實驗①和③探究溫度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實驗①和�、堋�探究催化劑對該反應(yīng)速率的影響
②
③
④		0

（3）在完成探究催化劑對該反應(yīng)速率影響的實驗時發(fā)現(xiàn)，未加催化劑的情況下，剛開始一段時間，反應(yīng)速率較慢，溶液褪色不明顯，但不久后突然褪色，反應(yīng)速率明顯加快．

針對上述實驗現(xiàn)象，同學(xué)認為高錳酸鉀與草酸溶液的反應(yīng)放熱，導(dǎo)致溶液溫度升高，反應(yīng)速率加快，從影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素看，你猜想還可能是　　

若用實驗證明你的猜想．除酸性高錳酸鉀溶液，草酸溶液外，還需要選擇的試劑最合理的是　　

A．硫酸鉀   B．硫酸錳   C．二氧化錳   D．水

（4）某同學(xué)對實驗①和②分別進行三次實驗，測得以下實驗數(shù)據(jù)（從混合振蕩均勻開始計時）：

KMnO4酸性溶液 的濃度/mol·L﹣1	溶液褪色所需時間 t/min
第1次	第2次	第3次
0.01	14	13	11
0.001	6	7	7

計算用0.001 mol·L^﹣1 KMnO₄酸性溶液進行實驗時KMnO₄的平均反應(yīng)速率　（忽略混合前后溶液體積的變化）．

（5）若不經(jīng)過計算，直接看表中的褪色時間長短來判斷濃度大小與反應(yīng)速率的關(guān)系是否可行？　　．若不可行（若認為可行則不填），請設(shè)計可以通過直接觀察褪色時間長短來判斷的改進方案　．

Answer 1

考點：

探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素．

專題：

實驗設(shè)計題．

分析：

（1）該反應(yīng)中Mn元素化合價由+7價變?yōu)?2價、C元素化合價由+3價變?yōu)?4價，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒配平方程式；

（2）根據(jù)實驗的目的和影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來設(shè)計實驗；

（3）根據(jù)反應(yīng)開始錳離子濃度較小，反應(yīng)過程中錳離子濃度逐漸增大分析；選擇含有錳離子的試劑進行驗證；

（4）根據(jù)0.01KMnO₄酸性溶液前后三次褪色時間差距較大，應(yīng)舍去，所以用0.001KMnO₄酸性溶液三次褪色來計算：先求出反應(yīng)開始時c（KMnO₄），然后求出三次褪色的平均時間，最后根據(jù)ν（KMnO₄）=來求解；

（5）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間長短來判斷必須保證高錳酸鉀的體積與濃度相同．

解答：

解：（1）該反應(yīng)中Mn元素化合價由+7價變?yōu)?2價、C元素化合價由+3價變?yōu)?4價，其轉(zhuǎn)移電子總數(shù)為10，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒知，KMnO₄的計量數(shù)是2、H₂C₂O₄的計量數(shù)是5，再根據(jù)原子守恒得方程式為2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═1K₂SO₄+10CO₂↑+2MnSO₄+8H₂O，

故答案為：2；5；3；1；10；2；8；

（2）由實驗?zāi)康目芍�，探究濃度、溫度、接觸面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，則實驗①②的溫度、催化劑的用量相同，只有濃度不同；實驗①③中只有溫度不同，其他條件相同；實驗①④中只有催化劑的用量不同，其他條件相同，故答案為：

實驗編號	T/K	催化劑的用量/g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol·L﹣1	實驗?zāi)康?/p>
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實驗①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實驗①和③探究溫度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實驗①和④探究催化劑對該反應(yīng)速率的影響
②	298	0.5	0.001
③	323	0.5	0.01
④	298	0	0.01

（3）影響反應(yīng)速率的因素除了溫度，還有可能為催化劑的影響，反應(yīng)中錳離子濃度逐漸增大，錳離子可能起到了催化劑的作用，使反應(yīng)速率加快；若用實驗證明猜想，除高錳酸鉀溶液、草酸溶液、稀硫酸外，還需要選擇能夠改變錳離子濃度的試劑，如硫酸錳，

故答案為：生成的Mn²⁺催化反應(yīng)的進行；B；

（4）反應(yīng)開始時：c（KMnO₄）==0.00067 mol•L^﹣1

反應(yīng)時間：△t==6.7min  

KMnO₄的平均反應(yīng)速率：

ν（KMnO₄）===1×10^﹣4 mol•L^﹣1•min^﹣1

故答案為：1×10^﹣4 mol•L^﹣1•min^﹣1．

 （5）由題中數(shù)據(jù)知濃度大的褪色時間反而長，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)過計算直接利用表中的褪色時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�。�

故答案為：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．

點評：

本題主要結(jié)合實驗考查了外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，反應(yīng)速率的計算，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力．