Question

2．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、0.001mol/L，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）的用量均為2mL．
（1）該反應(yīng)的化學(xué)方程式為5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O
（2）請完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，并在實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧��?yīng)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/K	催化劑用量/g	KMnO4酸性溶液濃度mol/L	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/TD>
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對反應(yīng)速率的影響 （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究催化劑對該反應(yīng)速率的 影響；
②
③	323
④

（3）某同學(xué)對實(shí)驗(yàn)①和②進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)測得以下實(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

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：1×10^-4mol?L^-1?min^-1．（忽略混合前后溶液的體積變化）
（4）某同學(xué)取一定量草酸溶液裝入試管，加入一定體積的酸性高錳酸鉀溶液，振蕩試管，發(fā)現(xiàn)溶液開始緩慢褪色，后來迅速變成無色．（反應(yīng)熱效應(yīng)不明顯，可忽略不計(jì)），該反應(yīng)的反應(yīng)速率迅速加快的主要原因可能是反應(yīng)生成的MnSO₄作為該反應(yīng)的催化劑．

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化學(xué)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）根據(jù)0.01KMnO₄酸性溶液前后三次褪色時(shí)間差距較大，應(yīng)舍去，所以用0.001KMnO₄酸性溶液三次褪色來計(jì)算：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；
（4）影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素只有溫度、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．

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化學(xué)方程式為：5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O；
（2）由實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍�，探究濃度、溫度、接觸面積對化學(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�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	催化劑用量/g	KMnO4酸性溶液濃度mol/L	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/TD>
（2）				（II）③； （III）④；
②	298	0.5	0.001
③		0.5	0.01
④	298	0	0.01

故答案為：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/K	催化劑用量/g	KMnO4酸性溶液濃度mol/L	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/TD>
（2）				（II）③； （III）④；
②	298	0.5	0.001
③		0.5	0.01
④	298	0	0.01

（3）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：1×10^-4 mol•L^-1•min^-1；
（4）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，
故答案為：反應(yīng)生成的MnSO₄作為該反應(yīng)的催化劑．

點(diǎn)評 本題考查了探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素的方法，題目難度中等，熟練掌握外界條件對化學(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?/p>