Question

某酸性工業(yè)廢水中含有K₂Cr₂O₇。光照下，草酸(H₂C₂O₄)能將其中的Cr₂O₇^2—轉(zhuǎn)化為Cr^3＋。某課題組研究發(fā)現(xiàn)，少量鐵明礬[Al₂Fe(SO₄)₄·24H₂O]即可對該反應起催化作用。為進一步研究有關(guān)因素對該反應速率的影響，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，完成以下實驗設計表(表中不要留空格)。

實驗編號	初始pH	廢水樣品體積/mL	草酸溶液體積/mL	蒸餾水體積/mL
①	4	60	10	30
②	5	60	10	30
③	5	60

 

測得實驗①和②溶液中的Cr₂O₇^2—濃度隨時間變化關(guān)系如圖所示。
(2)上述反應后草酸被氧化為________(填化學式)。
(3)實驗①和②的結(jié)果表明________；實驗①中0～t₁時間段反應速率v(Cr^3＋)＝________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，請你完成假設二和假設三：
假設一：Fe^2＋起催化作用：
假設二：________；
假設三：________；
……
(5)請你設計實驗驗證上述假設一，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Cr₂O₇^2—的濃度可用儀器測定)

實驗方案(不要求寫具體操作過程)

預期實驗結(jié)果和結(jié)論

 

Answer 1

(1)

實驗編號	初始pH	廢水樣品體積/mL	草酸溶液體積/mL	蒸餾水體積/mL
3			20	20

 
(2)CO₂
(3)溶液pH對該反應的速率有影響　
(4)Al^3＋起催化作用　SO₄^2—起催化作用
(5)

實驗方案(不要求寫具體操作過程)	預期實驗結(jié)果和結(jié)論
用等物質(zhì)的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他條件與實驗①相同，進行對比實驗	反應進行相同時間后，若溶液中c(Cr2O72—)大于實驗①中的c(Cr2O72—)則假設一成立，若兩溶液中的c(Cr2O72—)相同，則假設一不成立

 

(1)根據(jù)題意要求，調(diào)節(jié)不同初始pH和一定濃度草酸溶液用量，做對比實驗，由此可知實驗③改變的是草酸溶液用量，但應保持溶液總體積不變。(2)草酸中碳的化合價為＋3價，與強氧化性物質(zhì)K₂Cr₂O₇反應后，草酸應被氧化為CO₂。(3)根據(jù)實驗①、②的曲線對比，在相同草酸用量不同pH時，反應速率不同，所以pH對該反應有一定的影響；在0～t₁時間段內(nèi)，v(Cr₂O₇^2—)＝mol·L^－1·min^－1，由Δc(Cr^3＋)＝2Δc(Cr₂O₇^2—)所以v(Cr^3＋)＝ mol·L^－1·min^－1。(4)根據(jù)鐵明礬組成離子可知，起催化作用的離子可能為Fe^2＋、Al^3＋、SO₄^2—。(5)可通過在其他條件不變時，加入等物質(zhì)的量的K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O替代實驗中的鐵明礬，此時溶液中不存在Fe^2＋，但仍存在SO₄^2—和Al^3＋，通過測定c(Cr₂O₇^2—)看是否仍然有催化效果來判斷。
(本題屬于開放性試題合理答案均可)