Question

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）配平化學(xué)方程式：

 

KMnO₄+

 

H₂C₂O₄+

 

H₂SO₄→

 

K₂SO₄+

 

MnSO₄+

 

CO₂+

 

H₂O
（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   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

 

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

 

A．硫酸鉀   B．硫酸錳   C．二氧化錳   D．水
（4）某同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)①和②分別進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)，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

計(jì)算用0.001 mol?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

 

（忽略混合前后溶液體積的變化）．
（5）若不經(jīng)過計(jì)算，直接看表中的褪色時(shí)間長(zhǎng)短來判斷濃度大小與反應(yīng)速率的關(guān)系是否可行？

 

．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(zhǎng)短來判斷的改進(jìn)方案

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）該反應(yīng)中Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)變?yōu)?2價(jià)、C元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒配平方程式；
（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)反應(yīng)開始錳離子濃度較小，反應(yīng)過程中錳離子濃度逐漸增大分析；選擇含有錳離子的試劑進(jìn)行驗(yàn)證；
（4）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）=

△c

△t

來求解；
（5）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；如果想通過直接觀察褪色時(shí)間長(zhǎng)短來判斷必須保證高錳酸鉀的體積與濃度相同．

解答： 解：（1）該反應(yīng)中Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)變?yōu)?2價(jià)、C元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，其轉(zhuǎn)移電子總數(shù)為10，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒知，KMnO₄的計(jì)量數(shù)是2、H₂C₂O₄的計(jì)量數(shù)是5，再根據(jù)原子守恒得方程式為2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═1K₂SO₄+10CO₂↑+2MnSO₄+8H₂O，
故答案為：2；5；3；1；10；2；8；
（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，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中只有溫度不同，其他條件相同；實(shí)驗(yàn)①④中只有催化劑的用量不同，其他條件相同，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）影響反應(yīng)速率的因素除了溫度，還有可能為催化劑的影響，反應(yīng)中錳離子濃度逐漸增大，錳離子可能起到了催化劑的作用，使反應(yīng)速率加快；若用實(shí)驗(yàn)證明猜想，除高錳酸鉀溶液、草酸溶液、稀硫酸外，還需要選擇能夠改變錳離子濃度的試劑，如硫酸錳，
故答案為：生成的Mn²⁺催化反應(yīng)的進(jìn)行；B；
（4）反應(yīng)開始時(shí)：c（KMnO₄）=

0.001mol/L×0.004L

0.004L+0.002L

=0.00067 mol?L^-1
反應(yīng)時(shí)間：△t=

6min+7min+7min

3

=6.7min   
KMnO₄的平均反應(yīng)速率：
ν（KMnO₄）=

△c

△t

=

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．
 （5）由題中數(shù)據(jù)知濃度大的褪色時(shí)間反而長(zhǎng)，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(zhǎng)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(zhǎng)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：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．

點(diǎn)評(píng)：本題主要結(jié)合實(shí)驗(yàn)考查了外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，反應(yīng)速率的計(jì)算，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力．