Question

4．某探究小組用KMnO₄酸性溶液與H₂C₂O₄溶液反應過程中溶液紫色消失快慢的方法，研究影響反應速率的因素．實驗條件作如下限定：所用酸性KMnO₄溶液的濃度可選擇0.010mol•L^-1、0.0010mol•L^-1，催化劑的用量可選擇0.5g、0g，實驗溫度可選擇298K、323K．每次實驗KMnO₄酸性溶液的用量均為4mL、H₂C₂O₄溶液（0.10mol•L^-1）的用量均為2mL．
（1）請完成以下實驗設計表，并在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號：

實驗 編號	T/K	催化劑的用量/g	酸性KMnO4溶液的濃度/mol•L-1	實驗目的
①	298	0.5	0.010	a．實驗①和②探究酸性KMnO4溶液的濃度對該反應速率的影響； b．實驗①和③探究溫度對該反應速率的影響； c．實驗①和④探究催化劑對該反應速率的影響．
②	298	0.5	0.0010
③	323	0.5	0.010
④	298	0	0.010

（2）某同學對實驗①和②分別進行了三次實驗，測得以下實驗數(shù)據(jù)（從混合振蕩均勻開始計時）：

實驗編號	溶液褪色所需時間 t/min
	第1次	第2次	第3次
①	14.0	13.0	11.0
②	6.0	7.0	7.0

①實驗②中用KMnO₄的濃度變化來表示的平均反應速率為1×10^-4mol•L^-1•min^-1（忽略混合前后溶液的體積變化）．
②該同學分析上述數(shù)據(jù)后得出“當其他條件相同的情況下，酸性KMnO₄溶液的濃度越小，所需要的時間就越短，亦即其反應速率越快”的結論，你認為是否正確否（填“是”或“否”）．他認為不用經(jīng)過計算，直接根據(jù)表中褪色時間的長短就可以判斷濃度大小與反應速率的關系，你認為是否可行否（填“是”或“否”），若不可行（若認為可行則不填），請設計可以直接通過觀察褪色時間的長短來判斷的改進方案：取過量的體積相同、濃度不同的草酸溶液，分別同時與體積相同、濃度相同的酸性高錳酸鉀溶液反應．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗的目的和影響化學反應速率的因素來設計實驗；
（2）①根據(jù)0.01KMnO₄酸性溶液前后三次褪色時間差距較大，應舍去，所以用0.001KMnO₄酸性溶液三次褪色來計算：先求出反應開始時c（KMnO₄），然后求出三次褪色的平均時間，最后根據(jù)v（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$來求解；
②因顏色是由KMnO₄產(chǎn)生，雖然KMnO₄濃度大反應快，但KMnO₄的量也多，需要的時間也多，該結論錯誤，故無法直接根據(jù)表中褪色時間的長短就可以判斷濃度大小與反應速率的關系；如果想通過直接觀察褪色時間長短來判斷必須保證高錳酸鉀的體積與濃度相同．

解答 解：（1）由實驗目的可知，探究濃度、溫度、接觸面積對化學反應速率的影響，
則實驗①②的溫度、催化劑的用量相同，只有濃度不同；實驗①③中只有溫度不同，其他條件相同；實驗①④中只有催化劑的用量不同，其他條件相同，
故答案為：

實驗編號	T/K	催化劑的用量/g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol•L-1	實驗目的
①				③； ④；
②	298	0.5	0.0010
③	323	0.5	0.010
④	298	0	0.010

（2）①反應開始時高錳酸鉀的濃度為：c（KMnO₄）=$\frac{0.001mol/L×0.004L}{0.004L+0.002L}$=0.00067 mol•L^-1，
反應的平均時間為：△t=$\frac{6min+7min+7min}{3}$=6.7min，
實驗②中用KMnO₄的濃度變化來表示的平均反應速率為：v（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.00067mol/L}{6.7min}$=1×10^-4 mol•L^-1•min^-1，
故答案：1×10^-4mol•L^-1•min^-1；
②由題中數(shù)據(jù)知濃度大的褪色時間反而長，因顏色是由KMnO₄產(chǎn)生，雖然KMnO₄濃度大反應快，但KMnO₄的量也多，故該結論錯誤，不經(jīng)過計算直接利用表中的褪色時間長短來判斷濃度大小與反應速率的關系是不可行的；所以若想通過直接觀察褪色時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，才能判斷H₂C₂O₄溶液濃度的大小
故答案為：否；否；取過量的體積相同、濃度不同的草酸溶液分別同時與體積相同、濃度相同的高錳酸鉀酸性溶液反應．

點評 本題主要結合實驗考查了外界條件對化學反應速率的影響、反應速率的計算，題目難度中等，注意掌握影響化學反應速率的因素，試題培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題的能力．