Question

KMnO₄酸性溶液與草酸（H₂C₂O₄）溶液反應時，溶液紫色會逐漸褪去。某探究小組用測定此反應溶液紫色消失所需時間的方法，研究外界條件對反應速率的影響。該實驗條件作如下限定：
①所用KMnO₄酸性溶液的濃度可選擇：0.02 mol·L^-1、0.002 mol·L^-1；
②所用H₂C₂O₄溶液的濃度可選擇：0.2 mol·L^-1、0.4 mol·L^-1；
③每次實驗時KMnO₄酸性溶液的用量均為4 mL、H₂C₂O₄溶液的用量均為2mL。
（1）若要探究反應物濃度、溫度、催化劑對反應速率的影響，通過變換這些實驗條件，至少需要完成____            組實驗進行對比即可得出結(jié)論。
（2）在其它條件相同的情況下，某同學改變KMnO₄酸性溶液的濃度，測得實驗數(shù)據(jù)（從混合振蕩均勻開始計時）如下表所示：

KMnO4酸性溶液濃度 （mol·L-1）	溶液褪色所需時間（min）
	第一次	第二次	第三次
0.02	14	13	11
0.002	6.7	6.6	6.7

 
①用0.002 mol/L KMnO₄酸性溶液進行實驗時，KMnO₄的平均反應速率（忽略混合前后溶液體積變化）。
②依據(jù)表中數(shù)據(jù)，不能得出“溶液的褪色所需時間越短，反應速率越快”的結(jié)論。某同學設計以下方案，可以直接得出“褪色時間越短，反應的速率越快”結(jié)論。

KMnO4酸性溶液		H2C2O4溶液
濃度/ mol/L	體積(ml)	濃度/ mol/L	體積（ml）
0.02	2	b	4
a	2	c	4

 
則表中a=        ；b=         ；c=           。
（3）草酸電離常數(shù)：Ka₁=5.9×10^-2，Ka₂=6.4×10^-5。與KMnO₄反應時，它將轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂O。
①草酸與酸性高錳酸鉀溶液反應的離子方程式為           。
②室溫下，0.1mol·L^-1 KHC₂O₄酸溶液中pH    7，理由是            。
（4）測得某次實驗（恒溫）時溶液中Mn²⁺物質(zhì)的量與時間關(guān)系如圖。請解釋n(Mn²⁺)在反應起始時變化不大、一段時間后快速增大的原因：                   。

Answer 1

（1）4；
（2）①2×10^-4mol/(L·min)
②0.02    0.2或0.4     0.4或0.2
（3）①5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
②＜ 因為HC₂O₄^-的電離程度大于HC₂O₄^-的水解程度  
（4）Mn²⁺對該反應有催化作用

解析試題分析：（1）若要探究反應物濃度、溫度、催化劑對反應速率的影響，通過變換這些實驗條件，首先要在一定溫度下，用一種濃度的KMnO₄酸性溶液和H₂C₂O₄進行實驗作對照。然后通過改變KMnO₄或H₂C₂O₄的濃度來關(guān)系反應的快慢以測定濃度對反應速率的影響；再進行其它的條件不變，通過改變反應溫度來測定反應速率，來實現(xiàn)溫度對反應速率的影響；最后進行其它條件不變，加入催化劑來觀察反應速率的快慢實現(xiàn)催化劑對反應速率的影響的實驗。因此至少需要完成4組實驗進行對比即可得出結(jié)論。（2）①用0.002 mol/L KMnO₄酸性溶液進行實驗時，Δt=(6.7＋6.6＋6.7)÷3=20/3min．v(KMnO₄)=Δc÷Δt ="0.002" mol/L×4÷(4＋2) ÷20/3min=2×10^-4mol/(L·min)。②若要得出“褪色時間越短，反應的速率越快”結(jié)論應該只改變一個量，其它都相同，觀察褪色時間的長短。a=0.02;b=0.2,c=0.4或a=0.02;b=0.4,c=0.2.（3）①由電離平衡常數(shù)可知草酸是弱酸。因此根據(jù)氧化反應反應的規(guī)律及離子方程式的拆寫原則可得：草酸與酸性高錳酸鉀溶液反應的離子方程式為5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺= 2Mn²⁺+ 10CO₂↑+8H₂O。②室溫下，草酸電離常數(shù)：Ka₁=5.9×10^-2，Ka₂=6.4×10^-5可知草酸氫根離子的電離作用大于其水解作用，所以溶液呈酸性。pH＜7.（4）n(Mn²⁺)在反應起始時變化不大，速率也變化不大，一段時間后由于n(Mn²⁺)增多，反應速率快速增大是因為Mn²⁺對該反應有催化作用。
考點：考查實驗方案的設計、離子方程式的書寫、多元弱酸的酸式鹽的電離與水解及溶液的酸堿性的知識。