Question

18．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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)溫度可選擇298K、323K．每次實(shí)驗(yàn)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）該反應(yīng)的離子方程式為5H₂C₂O₄十2MnO₄^-十6H⁺=2Mn²⁺十10CO₂↑十8H₂O
（2）請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，并在實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧?duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/K	催化劑的用量/g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/td>
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究催化劑對(duì)該反應(yīng)速率的影響
②
③
④		0

（3）在完成探究催化劑對(duì)該反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，未加催化劑的情況下，剛開始一段時(shí)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(duì)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同學(xué)認(rèn)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，你猜想還可能是反應(yīng)生成的錳離子起了催化作用
若用實(shí)驗(yàn)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B
A．硫酸鉀   B．硫酸錳   C．二氧化錳   D．水
（4）在其它條件相同的情況下，某同學(xué)改變KMnO₄酸性溶液的濃度，測(cè)得以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（從混合振蕩均勻開始計(jì)時(shí)）：

KMnO4酸性溶液的濃度/mol•L-1	溶液褪色所需時(shí)間 t/min
	第1次	第2次	第3次
0.01	14	13	11
0.001	6	7	7

①計(jì)算用0.001mol•L^-1 KMnO₄酸性溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)KMnO₄的平均反應(yīng)速率（忽略混合前后溶液的體積變化）1×10^-4mol/（L．min）．
②若不經(jīng)過計(jì)算，直接看表中的褪色時(shí)間長短來判斷濃度大小與反應(yīng)速率的關(guān)系是否可行？
不可行（填可行或不可行）若不可行（若認(rèn)為可行則不填），請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)可以通過直接觀察褪色時(shí)間長短來判斷的改進(jìn)方案：取過量的體積相同、濃度不同的草酸溶液分別同時(shí)與體積相同、濃度相同的高錳酸鉀酸性溶液反應(yīng)
③還有一組同學(xué)改變KMnO₄酸性溶液的濃度，做了下表中實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	20℃下，試管中所加試劑及其用量/mL				20℃下溶液顏色褪至無色所需時(shí)間/min
	0.6 mol/L H2C2O4溶液	H2O	0.2 mol/L KMnO4溶液	3 mol/L 稀硫酸
1	3.0	2.0	3.0	2.0	4.0
2	3.0	V1	2.0	2.0	5.2
3	3.0	4.0	1.0	V2	6.4

V₁=3.0mL，V₂=2.0mL．

Answer 1

分析 （1）據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子相等和原子守恒書寫離子方程式；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；
（3）影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑和接觸面積，據(jù)此結(jié)合該反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行分析；
（4）①先求出反應(yīng)開始時(shí)c（KMnO₄），然后求出三次褪色的平均時(shí)間，最后根據(jù)ν（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$進(jìn)行計(jì)算；
②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；如想通過直接觀察褪色時(shí)間長短來判斷必須保證高錳酸鉀的體積與濃度相同，草酸過量；
③只改變KMnO₄酸性溶液的濃度，硫酸的用量相同，都是2.0mL，通過加蒸餾水使溶液總體積不變．

解答 解：（1）草酸使酸性高錳酸鉀褪色，是+7價(jià)的Mn氧化了草酸根，Mn變?yōu)?2價(jià)，C變?yōu)?4價(jià)，生成二氧化碳，據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子相等和原子守恒書寫離子方程式為：5H₂C₂O₄十2MnO₄^-十6H⁺=2Mn²⁺十10CO₂↑十8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄十2MnO₄^-十6H⁺=2Mn²⁺十10CO₂↑十8H₂O；
（2）由實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍�，探究濃度、溫度、接觸面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，
實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO₄酸性溶液的濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響，則實(shí)驗(yàn)①②的溫度、催化劑的用量相同，只有濃度不同；實(shí)驗(yàn)①③的溫度不同，則實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄繙囟葘?duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，則①③中只有溫度不同，其他條件相同；實(shí)驗(yàn)①④應(yīng)該是探究催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響，則①④中只有催化劑的用量不同，其他條件相同，據(jù)此完成表格為：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/K	催化劑的用量/g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/td>
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究催化劑對(duì)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

故答案為：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/K	催化劑的用量/g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/td>
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究催化劑對(duì)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）開始緩慢褪色，后來迅速變成無色，說明反應(yīng)速率明顯加快，排除溫度的影響，反應(yīng)過程中濃度減小，在溶液中進(jìn)行壓強(qiáng)無影響，只能是生成物對(duì)反應(yīng)有催化作用，分析生成物可知，其他離子原溶液中有，只能是錳離子起了催化作用；為了證明猜想，除酸性高錳酸鉀、草酸溶液外，還需要選擇的試劑最合理的是硫酸錳，提供錳離子，
故答案為：反應(yīng)生成的錳離子起了催化作用；B；
（4）①反應(yīng)開始時(shí)：c（KMnO₄）=$\frac{0.001mol/L×0.004L}{0.004L+0.002L}$=0.00067 mol•L^-1
                 反應(yīng)時(shí)間：△t=$\frac{6min+7min+7min}{3}$=6.7min  
KMnO₄的平均反應(yīng)速率：ν（KMnO₄）=$\frac{0.00067mol/L}{6.7min}$=1×10^-4 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：1×10^-4 mol•L^-1•min^-1；
②由題中數(shù)據(jù)知濃度大的褪色時(shí)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(jì)算直接利用表中的褪色時(shí)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(shí)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，草酸過量且濃度不同，
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；
③只改變KMnO₄酸性溶液的濃度，硫酸的用量相同，都是2.0mL，通過加蒸餾水使溶液總體積不變，總體積為10.0mL，則V₁=3.0mL，V₂=2.0mL，
故答案為：3.0；2.0．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素的方法，熟練掌握外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響為解答關(guān)鍵，注意明確設(shè)置對(duì)照試驗(yàn)的原則，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ�題目難度中等．