Question

KMnO₄酸性溶液與草酸（H₂C₂O₄）溶液反應(yīng)時，溶液紫色會逐漸褪去．某探究小組用測定此反應(yīng)溶液紫色消失所需時間的方法，研究外界條件對反應(yīng)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：0.02mol?L^-1、0.002mol?L^-1；
②所用H₂C₂O₄溶液的濃度可選擇：0.2mol?L^-1、0.4mol?L^-1；
③每次實驗時KMnO₄酸性溶液的用量均為4mL、H₂C₂O₄溶液的用量均為2mL．
（1）若要探究反應(yīng)物濃度、溫度、催化劑對反應(yīng)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(xué)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0.002mol?L^-1 KMnO₄酸性溶液進行實驗時，KMnO₄的平均反應(yīng)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(yīng)速率越快”的結(jié)論．某同學(xué)設(shè)計以下方案，可以直接得出“褪色時間越短，反應(yīng)的速率越快”結(jié)論．

KMnO4酸性溶液		H2C2O4溶液
濃度/mol?L-1	體積（mL）	濃度/mol?L-1	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)：K_a1=5.9×10^-2，K_a2=6.4×10^-5．與KMnO₄反應(yīng)時，它將轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂O．
①草酸與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)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(yīng)起始時變化不大、一段時間后快速增大的原因：

 

．

Answer 1

考點：探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

專題：化學(xué)反應(yīng)速率專題

分析：（1）所做的實驗至少有對比實驗、改變濃度的實驗、改變溫度的實驗、加催化劑的實驗；
（2）①根據(jù)v=

△c

△t

計算；
②比較溶液的褪色時間，高錳酸鉀酸性溶液的濃度應(yīng)一致，H₂C₂O₄溶液的濃度應(yīng)不同；
（3）①在酸性條件下，高錳酸根離子能和草酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二價錳離子、二氧化碳和水，據(jù)此寫出離子方程式；
②從HC₂O₄^-電離程度和水解程度分析；
（4）根據(jù)濃度、溫度、催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響分析．

解答： 解：（1）要得出反應(yīng)物濃度、溫度、催化劑對反應(yīng)速率影響的結(jié)論至少要完成：①取不同濃度KMnO4溶液，在相同溫度下進行反應(yīng)；②取同濃度KMnO4溶液，在不同溫度下進行反應(yīng)；③取同濃度KMnO4溶溶，在同溫度且有催化劑的條件下進行反應(yīng)；④取同濃度KMnO4溶液，在同溫度且不使用催化劑的條件下進行反應(yīng)等3個實驗來進行對比．
故答案為：4；
（2）①反應(yīng)開始時：c（KMnO₄）=

0.002mol?L-1×0.004L

0.004L+0.002L

=0.0013 mol?L^-1，反應(yīng)時間：△t=

6.7+6.6+6.7

3

min=

20

3

min，KMnO₄的平均反應(yīng)速率：
ν（KMnO₄）=

0.0013 mol?L-1

20 3 min

=2×10^-4 mol?L^-1?min^-1，故答案為：2×10^-4 mol?L^-1?min^-1；
②比較溶液的褪色時間，高錳酸鉀酸性溶液的濃度應(yīng)一致，因此a=0.02；H₂C₂O₄溶液的濃度應(yīng)不同，所用H₂C₂O₄溶液的濃度可選擇：0.2mol?L^-1、0.4mol?L^-1，因此b=0.2或0.4、c=0.4或0.2，
故答案為：0.02；0.2或0.4；0.4或0.2；
（3）①在酸性條件下，高錳酸根離子能和草酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二價錳離子、二氧化碳和水，離子方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
②HC₂O₄^-電離使溶液呈酸性，HC₂O₄^-水解使溶液呈堿性，室溫下PH＜7，溶液呈酸性，由于HC₂O₄^-存在兩步水解，因此HC₂O₄^-電離程度大于其水解程度，
故答案為：HC₂O₄^-電離程度大于HC₂O₄^-水解程度；
（4）隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)物濃度逐漸減小，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，因此不是濃度，溫度不變對速率無影響，催化劑可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，應(yīng)為Mn²⁺對該反應(yīng)起催化作用，
故答案為：Mn²⁺對該反應(yīng)起催化作用．

點評：本題考查了外界條件的改變對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，題目難度較大，涉及對照試驗涉及、化學(xué)反應(yīng)速率的計算、電離和水解程度的比較等知識，注意HC₂O₄^-存在兩步水解．