Question

2．KMnO₄酸性溶液與草酸（H₂C₂O₄）溶液反應時，溶液紫色會逐漸褪去．某探究小組用測定此反應溶液紫色消失所需時間的方法，研究外界條件對反應速率的影響．該實驗條件作如下限定：
①所用KMnO₄酸性溶液的濃度可選擇：0.02mol•L^-1、0.002mol•L^-1；
②所用H₂C₂O₄溶液的濃度可選擇：0.2mol•L^-1、0.4mol•L^-1；
③每次實驗時KMnO₄酸性溶液的用量均為4mL、H₂C₂O₄溶液的用量均為2mL．
（1）若要探究反應物濃度、溫度、催化劑對反應速率的影響，通過變換這些實驗條件，至少需要完成4組實驗進行對比即可得出結論．
（2）在其它條件相同的情況下，某同學改變KMnO₄酸性溶液的濃度，測得實驗數(shù)據(jù)（從混合振蕩均勻開始計時）如表所示：

KMnO4酸性溶液濃度（mol•L-1）	溶液褪色所需時間（min）
	第一次	第二次	第三次
0.02	14	13	11
0.002	6.7	6.6	6.7

①用0.002mol•L^-1 KMnO₄酸性溶液進行實驗時，KMnO₄的平均反應速率2×10^-4mol•L^-1•min^-1（忽略混合前后溶液體積變化）．
②該小組同學認為依據(jù)表中數(shù)據(jù)，不能得出“溶液的褪色所需時間越短，反應速率越快”的結論．該同學設計以下方案，可以直接得出“褪色時間越短，反應的速率越快”結論．

KMnO4酸性溶液		H2C2O4溶液
濃度/mol•L-1	體積（mL）	濃度/mol•L-1	體積（mL）
0.02	2	b	4
a	2	c	4

則表中a=0.02；b=0.2或0.4；c=0.4或0.2．
（3）H₂C₂O₄電離常數(shù)：K_a1=5.9×10^-2，K_a2=6.4×10^-5．與KMnO₄反應時，它將轉化為CO₂和H₂O．
①草酸與酸性高錳酸鉀溶液反應的離子方程式為2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
②比較H₂C₂O₄和碳酸酸性強弱的方法是向碳酸氫鈉溶液中加入草酸溶液，有氣泡生成則證明草酸酸性強，反之碳酸強．
（4）測得某次實驗（恒溫）時溶液中Mn²⁺物質的量與時間關系如圖．請解釋n（Mn²⁺）在反應初始時變化不大、一段時間后快速增大的原因：Mn²⁺對該反應起催化作用．

Answer 1

分析 （1）所做的實驗至少有對比實驗、改變濃度的實驗、改變溫度的實驗、加催化劑的實驗；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②比較溶液的褪色時間，高錳酸鉀酸性溶液的濃度應一致，H₂C₂O₄溶液的濃度應不同；
（3）①在酸性條件下，高錳酸根離子能和草酸發(fā)生氧化還原反應生成二價錳離子、二氧化碳和水，據(jù)此寫出離子方程式；
②根據(jù)強制弱原理設計實驗證明酸性的強弱；
（4）根據(jù)濃度、溫度、催化劑對化學反應速率的影響分析．

解答 解：（1）要得出反應物濃度、溫度、催化劑對反應速率影響的結論至少要完成：①取不同濃度KMnO₄溶液，在相同溫度下進行反應；②取同濃度KMnO₄溶液，在不同溫度下進行反應；③取同濃度KMnO₄溶溶，在同溫度且有催化劑的條件下進行反應；④取同濃度KMnO₄溶液，在同溫度且不使用催化劑的條件下進行反應等3個實驗來進行對比，
故答案為：4；
（2）①反應開始時：c（KMnO₄）=$\frac{0.002mol•{L}^{-1}×0.004L}{0.004L+0.002L}$=0.0013 mol•L^-1，反應時間：△t=$\frac{6.7+6.6+6.7}{3}$min=$\frac{20}{3}$min，
KMnO₄的平均反應速率：ν（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.0013mol•{L}^{-1}}{\frac{20}{3}min}$=2×10^-4 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：2×10^-4 mol•L^-1•min^-1；
②比較溶液的褪色時間，高錳酸鉀酸性溶液的濃度應一致，因此a=0.02，H₂C₂O₄溶液的濃度應不同，所用H₂C₂O₄溶液的濃度可選擇：0.2mol•L^-1、0.4mol•L^-1，因此b=0.2或0.4、c=0.4或0.2，
故答案為：0.02；0.2或0.4；0.4或0.2；
（3）①在酸性條件下，高錳酸根離子能和草酸發(fā)生氧化還原反應生成二價錳離子、二氧化碳和水，離子方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
②根據(jù)強制弱原理來證明酸性的強弱，向碳酸氫鈉溶液中加入草酸溶液，有氣泡生成說明草酸與碳酸氫鈉反應得到碳酸，碳酸不穩(wěn)定分解產生二氧化碳，則證明草酸酸性強，若沒明顯現(xiàn)象則說明碳酸強，
故答案為：向碳酸氫鈉溶液中加入草酸溶液，有氣泡生成則證明草酸酸性強，反之碳酸強；
（4）隨著反應的進行，反應物濃度逐漸減小，化學反應速率減慢，因此不是濃度，溫度不變對速率無影響，催化劑可以加快化學反應速率，應為Mn²⁺對該反應起催化作用，
故答案為：Mn²⁺對該反應起催化作用．

點評 本題考查了外界條件的改變對化學反應速率的影響，題目難度較大，涉及對照試驗以及化學反應速率的計算、酸性強弱的比較等知識，注意文字闡述的準確性．