Question

某酸性工業(yè)廢水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能將其中的Cr2O72—轉(zhuǎn)化為Cr3＋。某課題組研究發(fā)現(xiàn)，少量鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可對該反應(yīng)起催化作用。為進(jìn)一步研究有關(guān)因素對該反應(yīng)速率的影響，探究如下：

(1)在25℃下，控制光照強度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調(diào)節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，做對比實驗，完成以下實驗設(shè)計表(表中不要留空格)。

 

測得實驗①和②溶液中的Cr2O72—濃度隨時間變化關(guān)系如圖所示。

 

(2)上述反應(yīng)后草酸被氧化為______________(填化學(xué)式)。

(3)實驗①和②的結(jié)果表明________；實驗①中0～t1時間段反應(yīng)速率v(Cr3＋)＝________mol·L－1·min－1(用代數(shù)式表示)。

(4)該課題組對鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假設(shè)，請你完成假設(shè)二和假設(shè)三：

假設(shè)一：Fe2＋起催化作用；

假設(shè)二：________；

假設(shè)三： ________；

……

(5)請你設(shè)計實驗驗證上述假設(shè)一，完成下表中內(nèi)容。[除了上述實驗提供的試劑外，可供選擇的藥品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O72—的濃度可用儀器測定]

實驗方案 (不要求寫具體操作過程)	預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論

 

 

Answer 1

(1)

 

(2)CO2

(3)溶液pH對該反應(yīng)的速率有影響　2(c0－c1)/t1

(4)Al3＋起催化作用　SO42—起催化作用

(5)

實驗方案 (不要求寫具體操作過程)	預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論
用等物質(zhì)的量K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他反應(yīng)條件與實驗①相同，進(jìn)行對比實驗	反應(yīng)進(jìn)行相同時間后，若溶液中c(Cr2O72—)大于實驗①中的c(Cr2O72—)，則假設(shè)一成立；若兩溶液中的c(Cr2O72—)相同，則假設(shè)一不成立

 

(本題屬于開放性試題，合理答案均可)

【解析】首先看清實驗?zāi)康模�確定條件改變的唯一變量，再根據(jù)圖給信息進(jìn)行綜合分析；對于實驗方案的設(shè)計也主要考慮變量的控制。

(1)要保證其他量不變，草酸用量為唯一變量，必須保證溶液的體積為100 mL，所以加入草酸和水的體積之和應(yīng)為40 mL，兩者的具體體積沒有要求，只需與②中數(shù)據(jù)不同即可。(2)此反應(yīng)中鉻的化合價由＋6價變?yōu)椋?/span>3價，化合價降低，所以碳的化合價應(yīng)升高，草酸中碳的化合價為＋3價，反應(yīng)后只能變?yōu)椋?/span>4價，即生成CO2。(3)通過圖像可以明顯看到，實驗①的反應(yīng)速率比實驗②的快，故pH越小，反應(yīng)速率越快，說明溶液pH對該反應(yīng)的速率有影響；在0～t1時間段，Cr2O72—的濃度改變了(c0－c1)mol·L－1，其反應(yīng)速率為(c0－c1)/t1 mol·L－1·min－1，所以v(Cr3＋)＝2(c0－c1)/t1 mol·L－1·min－1。(4)鐵明礬中除結(jié)晶水外，共有三種離子，均可能起催化作用，除Fe2＋外，還有Al3＋和SO42—。(5)要想驗證假設(shè)一正確，必須確定Al3＋和SO42—不起催化作用，所以可選擇K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O，為了確保Al3＋和SO42—的濃度與原來的相同，所以取和鐵明礬相同物質(zhì)的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O。

點撥：知識：變量控制，氧化還原反應(yīng)規(guī)律，反應(yīng)速率的計算，實驗假設(shè)及實驗方案的設(shè)計。能力：考查將分析問題的過程和結(jié)論用正確的語言作出解釋的能力，以及初步進(jìn)行化學(xué)實驗研究的一般過程，實驗分析、設(shè)計以及探究能力。試題難度：較大。