Question

7．某探究小組用KMnO₄酸性溶液與H₂C₂O₄溶液反應過程中溶液紫色消失快慢的方法，研究影響反應速率的因素．實驗條件作如下限定：

所用酸性KMnO₄溶液的濃度可選擇0.010mol•L^-1、0.0010mol•L^-1，催化劑的用量可選擇0，.5g、0g，實驗溫度可選擇298K、323K．每次實驗KMnO₄酸性溶液的用量均為4mL、H₂C₂O₄溶液（0.10mol•L^-1）的用量均為2mL．
（1）已知草酸溶液中各種微粒存在形式的分布曲線圖如圖1，請寫出KMnO₄酸性溶液與H₂C₂O₄溶液反應的離子方程式2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（2）請完成以下實驗設計表，并在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號：

實驗編號	T/K	催化劑的用量/g	酸性KMnO4溶液的濃度/mol•L-1	實驗目的
①	298	0.5	0.010	a．實驗①和②探究酸性KMnO4溶液的濃度對該反應速率的影響； b．實驗①和③探究溫度對反應速率的影響； c．實驗①和④探究催化劑對反應速率的影響．
②
③			0.010
④

實驗編號	溶液褪色所需時間 t/min
	第1次	第2次	第3次
Ⅰ	14.0	13.0	11.0
Ⅱ	6.5	6.7	6.8

（3）某同學對實驗①和②分別進行了三次實驗，測得以下實驗數據（從混合振蕩均勻開始計時）：
①實驗Ⅱ中用KMnO₄的濃度變化來表示的平均反應速率為1.0×10^-4mol•L^-1•min^-1（忽略混合前后溶液的體積變化）．
②該同學分析上述數據后得出“當其他條件相同的情況下，酸性KMnO₄溶液的濃度越小，所需要的時間就越短，亦即其反應速率越快”的結論，
你認為是否正確否（填“是”或“否”）．他認為不用經過計算，直接根據表中褪色時間的長短就可以判斷濃度大小與反應速率的關系，你認為是否可行否（填“是”或“否”），若不可行（若認為可行則不填），請設計可以直接通過觀察褪色時間的長短來判斷的改進方案：取過量的體積相同、濃度不同的草酸溶液，分別同時與體積相同、濃度相同的酸性高錳酸鉀溶液反應．
（4）該反應的催化劑選擇MnCl₂還是MnSO₄并簡述選擇的理由：MnSO₄，如選用MnCl₂，則酸性高錳酸鉀會與Cl^-反應，而且引入了Cl^-無法證明是Mn²⁺起了催化作用．
（5）化學催化劑有很多，在生產和科技領域起到重大作用．探究小組又利用乙裝置探究MnO₂對H₂O₂分解的催化效果．將50mL H₂O₂一次性加入盛有0.10mol MnO₂粉末的燒瓶中，測得標準狀況下由量氣管讀出氣體的體積[V（量氣管）/mL]和時間（t/min）的關系如圖3所示．
①實驗時放出氣體的總體積是110 mL．
②b小于（填“大于”“小于”或“等于”）90mL．

Answer 1

分析 （1）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化草酸根離子生成二氧化碳，同時自身被還原生成二價錳離子，根據氧化還原反應得失電子守恒配平反應方程式；
（2）根據實驗的目的和影響化學反應速率的因素來設計實驗；
（3）①根據0.01KMnO₄酸性溶液前后三次褪色時間差距較大，應舍去，所以用0.001KMnO₄酸性溶液三次褪色來計算：先求出反應開始時c（KMnO₄），然后求出三次褪色的平均時間，最后根據ν（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$進行計算；
②根據KMnO₄的物質的量不同來分析；
（4）酸性條件下，高錳酸根離子能將氯離子氧化成氯氣；
（5）①根據圖象確定生成氧氣的體積；
②圖象斜率的大小反映反應速率快慢，斜率越大，反應速率越快，將50mL H₂O₂一次性加入盛有0.10mol MnO₂粉末的燒瓶中，由于反應物濃度減小，反應速率減小，3min～4min生成10mL氣體，那么2min～3min生成氣體的體積應大于10mL，故b小于90mL．

解答 解：（1）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化草酸根離子生成二氧化碳，同時自身被還原生成二價錳離子，離子反應為5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=1OCO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
（2）由實驗目的可知，探究濃度、溫度、接觸面積對化學反應速率的影響，
實驗①和②探究KMnO₄酸性溶液的濃度對反應速率的影響，則實驗①②的溫度、催化劑的用量相同，只有濃度不同；實驗①③的溫度不同，則實驗目的是探究溫度對化學反應速率的影響，則①③中只有溫度不同，其他條件相同；實驗①④應該是探究催化劑對反應速率的影響，則①④中只有催化劑的用量不同，其他條件相同，據此完成表格為：

實驗 編號	T/K	催化劑的用量/g	酸性KMnO4溶液的濃度/mol•L-1	實驗目的
①				b．③ c．④
②	298	0.5	0.0010
③	323	0.5
④	298	0	0.010

故答案為：

實驗 編號	T/K	催化劑的用量/g	酸性KMnO4溶液的濃度/mol•L-1	實驗目的
①				b．③ c．④
②	298	0.5	0.0010
③	323	0.5
④	298	0	0.010

；
（3）①反應開始時：c（KMnO₄）=$\frac{0.001mol•{L}^{-1}×0.004L}{0.004L+0.002L}$=0.00067 mol•L^-1
                 反應時間：△t=$\frac{6.5min+6.7min+6.8min}{3}$=6.7min  
KMnO₄的平均反應速率：ν（KMnO₄）=$\frac{0.00067mol•{L}^{-1}}{6.7min}$=1×10^-4 mol•L^-1•min^-1，
故答案：1×10^-4 mol•L^-1•min^-1；
②從表中數據可知，相同體積的0.01mol/LKMnO₄酸性溶液是0.001mol/LKMnO₄酸性溶液10倍，但反應的時間卻比其反應時間的二倍左右，由反應速率計算公式（v=$\frac{△c}{△t}$）可得出，此實驗條件下KMnO₄酸性溶液的濃度越大反應速率越快；因根據直接看表中的褪色時間長短來判斷濃度大小與反應速率的關系，需滿足高錳酸鉀的物質的量相同，濃度不同的草酸溶液，
故答案為：否；否；取過量的體積相同、濃度不同的草酸溶液，分別同時與體積相同、濃度相同的酸性高錳酸鉀溶液反應；
（4）酸性條件下，高錳酸根離子能將氯離子氧化成氯氣，自身被還原成二價錳離子，反應方程式為2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=5Cl₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
故答案為：MnSO₄，如選用MnCl₂，則酸性高錳酸鉀會與Cl^-反應，而且引入了Cl^-無法證明是Mn²⁺起了催化作用；
（5）①根據圖象知，第4分鐘時，隨著時間的推移，氣體體積不變，所以實驗時放出氣體的總體積是110 mL，
故答案為：110；
②圖象斜率的大小反映反應速率快慢，斜率越大，反應速率越快，將50mL H₂O₂一次性加入盛有0.10mol MnO₂粉末的燒瓶中，由于反應物濃度減小，反應速率減小，3min～4min生成10mL氣體，那么2min～3min生成氣體的體積應大于10mL，故b小于90mL，
故答案為：小于．

點評 本題主要結合實驗考查了外界條件對化學反應速率的影響，反應速率的計算，圖象和表格的信息量大，平時要多練習，培養(yǎng)較強的分析問題、解決問題的能力．