Question

10．某酸性工業(yè)廢水中含有K₂Cr₂O₇．光照下，草酸（H₂C₂O₄）能將其中的Cr₂O₇^2-轉化為Cr²⁺．某課題組研究發(fā)現，少量鐵明礬[Al₂Fe（SO₄）₄•4H₂O]即可對該反應起催化作用，為進一步研究有關因素對該反應速率的影響，探究如下：
（1）在25℃下，控制光照強度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，作對比實驗，完成以下實驗設計表（表中不要留空格）．

實驗編號	初始pH	廢水樣品體積/mL	草酸溶液體積/mL	蒸餾水體積/mL
①	4	a=60	10	30
�、�	5	60	10	c=30
�、�	5	60	b=20	20

測得實驗①和②溶液中的Cr₂O₇^2-隨時間變化關系如圖所示．
（2）上述反應后草酸被氧化為CO₂（填化學式）；
（3）實驗①和②的結果表明，其他條件不變時，溶液的pH越小，反應速率越快；
（4）該課題組對鐵明礬[Al₂Fe（SO₄）₄•4H₂O]中起催化作用的成分提出如下假設，請你完成假設三：
假設一：Fe²⁺起催化作用；
假設二：Al³⁺起催化作用
假設三：SO₄^2-起催化作用．
（5）請你設計實驗驗證上述假設一，完成下表中內容．（除了上述實驗提供的試劑外，可供選擇的藥品有K₂SO₄、FeSO₄、K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•24H₂O、Al₂（SO₄）₃等．（溶液中Cr₂O₇^2-的濃度可用儀器測定）

實驗方案（不要求寫具體操作過程）	預期實驗結果和結論
取等物質的量的K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他反條件與實驗①相同，進行對比實驗．	反應進行相同時間后， 若溶液中的Cr2O72-濃度大于 實驗①中的Cr2O72的濃度，則假設一成立； 若溶液中的Cr2O72-濃度等于 實驗①中的Cr2O72的濃度，則假設一不成立．

（6）鐵明礬長期存放，其中的亞鐵離子可能會變質．為測定鐵明礬中亞鐵離子的質量分數．取5.6g鐵明礬晶體，將其配制為100ml的溶液，取出20ml置于錐形瓶中，用0.01mol•L^-1的 標準KMnO₄溶液進行滴定（還原產物為Mn²⁺），平行做4組實驗，得出如下表數值．

組數	1	2	3	4
消耗V（KMnO4）/ml	20.04	20.00	18.90	19.96

則明礬中亞鐵離子的質量分數：5.00%（保留小數點后2位有效數字）．若滴定結束后讀書時俯視，測定結果偏�。ㄌ睢捌�大”、“不影響”或“偏小”）．[相對原子質量Fe：56]．

Answer 1

分析 （1）根據實驗目的“調節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，作對比實驗”設置對比試驗；
（2）根據氧化還原反應的原理，草酸還原性較強，遇到強氧化劑時被氧化成二氧化碳；
（3）實驗①②表明溶液pH越小，反應的速率越快；
（4）根據鐵明礬Al₂Fe（SO₄）₄•4H₂O的組成離子進行分析；
（5）證明亞鐵離子是否具有催化作用，需要選擇不含亞鐵離子且含有鋁離子和硫酸根離子的試劑進行對比實驗，根據溶液中的Cr₂O₇^2-濃度與實驗①中Cr₂O₇^2-濃度進行比較得出正確結論；
（6）計算體積的平均值，根據反應的離子方程式計算，滴定后俯視讀數，會導致體積偏�。�

解答 解：（1）①②中pH不同，是探究pH對速率的影響；做對比試驗時，除了探究的量不同外，其它條件必須完全相同，所以①中廢水條件為60mL、②中蒸餾水體積為30mL；試驗中總體積必須相等，所以③中醋酸體積為20mL，其pH為5，以便通過②、③探究草酸濃度對反應速率的影響，
故答案為：

實驗 編號	初始 pH	廢水樣品 體積/mL	草酸溶液 體積/mL	蒸餾水 體積/mL
①		60
②				30
③			20

（2）根據氧化還原反應的原理，草酸還原性較強，遇到強氧化劑時被氧化成二氧化碳，
故答案為：CO₂；
（3）由實驗①②表明溶液pH越小，反應的速率越快，所以溶液pH對該反應的速率有影響，
故答案為：溶液的pH越小，反應速率越快；
（4）根據鐵明礬[Al₂Fe（SO₄）₄•24H₂O]組成分析，SO₄^2-起催化作用，
故答案為：SO₄^2-起催化作用；
（5）要證明Fe²⁺起催化作用，需做對比實驗，再做沒有Fe²⁺存在時的實驗，所以要選K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•24H₂O；用等物質的量K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•24H₂O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他反應條件與實驗①相同，進行對比實驗，反應進行相同時間后，若溶液中c（Cr₂O₇^2-）大于實驗①中c（Cr₂O₇^2-），則假設一成立；若兩溶液中的c（Cr₂O₇^2-）相同，則假設一不成立，
故答案為：等物質的量K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•24H₂O；大于；等于；
（6）取所配溶液25.00ml于錐形瓶中，加稀H₂SO₄酸化，用0.010mol/L KMnO₄溶液滴定，第3組數據誤差過大，舍去，所用高錳酸鉀溶液體積為$\frac{20.04+20.00+19.96}{3}$mL=20.00mL，
n（MnO₄^-）=0.020L×0.01mol/L=2.0×10^-4mol，
則n（Fe²⁺）=5×1.0×10^-4mol=1.0×10^-3mol，
5.6g晶體含有n（Fe²⁺）=5.0×10^-3mol，
m（Fe²⁺）=56g/mol×5.00×10^-3mol=0.28g，
實驗測得該晶體中鐵的質量分數為$\frac{0.28}{5.6}$×100%≈5.00%，滴定后俯視讀數，會導致體積偏小，濃度偏�。�
故答案為：11.20%；偏�。�

點評 本題考查了探究影響反應速率因素及重鉻酸根與草酸反應過程中的催化作用，涉及到相關的計算，題目難度中上，注意掌握探究影響化學反應速率因素的方法，試題培養(yǎng)了學生從圖象中獲取數據并分析的能力、設計實驗的能力．