Question

19．一實驗小組用酸性KMnO₄和H₂C₂O₄（草酸，水溶液為無色的二元弱酸）反應研究影響反應速率的因素，其欲通過測定單位時間內生成CO₂的速率，探究某種影響化學反應速率的因素，設計實驗方案如下（KMnO₄溶液已酸化）：

實驗序號	H2C2O4溶液	KMnO4溶液	溫度
Ⅰ	20mL 0.2mol•L-1	30mL 0.01mol•L-1	25℃
Ⅱ	20mL 0.1mol•L-1	30mL 0.01mol•L-1	25℃
Ⅲ	20mL 0.2mol•L-1	30mL 0.01mol•L-1	50℃

（1）完成KMnO₄和H₂C₂O₄（草酸）反應的離子反應方程式：
2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
該反應過程中發(fā)生的實驗現(xiàn)象溶液紫色變淺（或溶液紫色褪去），有無色氣泡產(chǎn)生．
（2）實驗Ⅰ、Ⅲ（填實驗序號）探究的是溫度對化學反應速率的影響．
（3）若用如圖一進行該實驗．
①在實驗過程中裝藥品前必須進行的實驗操作檢查裝置氣密性（填操作名稱）．若反應相同時間，則針筒中所得CO₂的體積由大到小的順序是Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ（填實驗序號）．
②若實驗Ⅰ在2min末收集了4.48mL CO₂（氣體體積已換算為標準狀況下），則在2min末，c（MnO₄^-）=0.0052mol•L^-1．

（4）該實驗小組同學發(fā)現(xiàn)KMnO₄和H₂C₂O₄（草酸）反應的反應速率總是如圖二，其中t₁～t₂時間內速率變快的主要原因可能是：①該反應放熱；②產(chǎn)物Mn²⁺（或MnSO₄）是反應的催化劑．

Answer 1

分析 （1）KMnO₄和H₂C₂O₄發(fā)生氧化還原反應生成錳離子、二氧化碳、水，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒配平離子方程式；高錳酸根為紫色，二價錳離子無色；
（2）對比Ⅰ、Ⅲ實驗溫度不同，其他條件相同；
（3）①該實驗要收集氣體，實驗前必須檢查氣密性；反應速率越快，相同時間內收集到的二氧化碳越多；
②先求出反應的n（MnO₄^-）的物質的量，再求出反應后的濃度；
（4）根據(jù)反應過程中反應物濃度在減小，要加快反應的條件還可能是溫度和催化劑的作用．

解答 解：（1）KMnO₄和H₂C₂O₄發(fā)生氧化還原反應生成錳離子、二氧化碳、水，KMnO₄和中錳降低了5價，1個H₂C₂O₄分子中有2個+3價的C，所以升高1×2=2價，根據(jù)化合價升降總數(shù)相等可以確定KMnO₄和H₂C₂O₄的比例關系為：2：5，再根據(jù)電荷守恒配平離子方程式：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；反應現(xiàn)象為溶液紫色變淺（或溶液紫色褪去），有無色氣泡產(chǎn)生，
故答案為：2；5H₂C₂O₄；6H⁺；2；10；8；溶液紫色變淺（或溶液紫色褪去），有無色氣泡產(chǎn)生；
（2）對比Ⅰ、Ⅲ實驗可知溫度不同，高錳酸鉀溶液的濃度相同，草酸濃度也相同，則兩個實驗是探究溫度對化學反應速率的影響，
故答案為：Ⅰ、Ⅲ；
（3）①該實驗要收集氣體，實驗前必須檢查氣密性；Ⅱ中草酸的濃度比Ⅰ大，Ⅱ的化學反應速率大于Ⅰ，Ⅲ的溫度最高，溫度每升高10℃，反應速率增大2到4倍，所以Ⅲ的反應速率大于Ⅰ和Ⅱ，反應速率越快，相同時間內收集到的二氧化碳越多，則相同時間內所得CO₂的體積由大到小的順序是Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ，
故答案為：檢查裝置氣密性；Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ；
②CO₂的物質的量是：4.48×10^-3L÷22.4L/mol=0.0002mol，設2min末，消耗n（MnO₄^-）為x
2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
2                                               10
x                                                0.0002mol
解得x=0.00004mol
余下的n（MnO₄^-）=30×10^-3L×0.01mol•L^-1-0.00004mol=0.00026mol
則2min中末c（MnO₄^-）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.00026mol}{0.05L}$=0.0052mol/L
故答案為：0.0052；
（4）研究發(fā)現(xiàn)反應速率總是如圖二所示發(fā)生變化，則t₁～t₂時間內速率變快的主要原因可能是：
①該反應為放熱反應，反應放出的熱量使環(huán)境溫度升高，加快了反應速率，
②產(chǎn)物Mn²⁺（或MnSO₄）是反應的催化劑，
故答案為：產(chǎn)物Mn²⁺（或MnSO₄）是反應的催化劑．

點評 本題考查了影響化學反應速率的因素，注意掌握影響化學反應速率的因素，明確探究影響化學反應速率因素的方法，難度中等．