Question

14．某小組利用H₂O₂溶液和酸性KMnO₄溶液反應(yīng)來探究“條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響”．實(shí)驗(yàn)時，先分別量取兩種溶液，然后倒入試管中迅速振蕩混合均勻，開始計時，通過測定褪色所需時間來判斷反應(yīng)的快慢．該小組設(shè)計了如下的方案．

編號	H2O2溶液		酸性KMnO4溶液		溫度/℃
	濃度/mol•L-1	體積/mL	濃度/mol•L-1	體積/mL
①	0.10	2.0	0.010	4.0	25
②	0.20	2.0	0.010	4.0	25
③	0.20	2.0	0.010	4.0	50

（1）已知反應(yīng)后H₂O₂轉(zhuǎn)化為O₂逸出，KMnO₄轉(zhuǎn)化為MnSO₄，請寫出該反應(yīng)的離子方程式5H₂O₂+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O．
（2）探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)編號是②和③（填編號，下同），可探究反應(yīng)物濃度對化學(xué)反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)編號是①和②．
（3）實(shí)驗(yàn)①測得KMnO₄溶液的褪色時間為40s，忽略混合前后溶液體積的微小變化，這段時間內(nèi)平均反應(yīng)速率v（KMnO₄）=0.01 mol•L^-1•min^-1．
（4）該小組同學(xué)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)繪制了n（Mn²⁺） 隨時間變化趨勢的示意圖，如圖1所示．但有同學(xué)查閱已有的實(shí)驗(yàn)資料發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)過程中n（Mn²⁺） 隨時間變化的趨勢應(yīng)如圖2所示．
該小組同學(xué)根據(jù)圖2所示信息提出了新的假設(shè)，并繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．

①該小組同學(xué)提出的假設(shè)是生成物中的MnSO₄為該反應(yīng)的催化劑（或Mn²⁺對該反應(yīng)有催化作用）．
②請你幫助該小組同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)方案，并填寫表中空白．

編號	H2O2溶液		酸性KMnO4溶液		溫度/℃	再向試管中加入少量固體
	濃度/mol•L-1	體積/mL	濃度/mol•L-1	體積/mL
④	0.10	2.0	0.010	4.0	25

③若該小組同學(xué)提出的假設(shè)成立，應(yīng)觀察到的現(xiàn)象是與實(shí)驗(yàn)①比較，溶液褪色所需時間短（或所用時間（t）小于40s）．

Answer 1

分析 （1）本題的實(shí)驗(yàn)原理是酸性高錳酸鉀氧化雙氧水，酸性高錳酸鉀褪色生成二價錳離子，雙氧水被氧化成氧氣；
（2）根據(jù)探究溫度對反應(yīng)速率影響時除了溫度外其它條件必須相同判斷；根據(jù)體積濃度對反應(yīng)速率影響時除了濃度不同，其他條件必須完全相同分析；
（3）根據(jù)反應(yīng)速率表達(dá)式計算出反應(yīng)速率；
（4）①由圖乙可知反應(yīng)開始后錳離子濃度增大，反應(yīng)速率增加的比較快，所以探究的是硫酸鎂在反應(yīng)中的作用；
②作對比實(shí)驗(yàn)時，除了加入MnSO₄不同外，其它量完全相同，據(jù)此進(jìn)行解答；
③若反應(yīng)加快，說明Mn²⁺是催化劑，反應(yīng)過程中溶液褪色時間減少．

解答 解：（1）高錳酸鉀在酸性環(huán)境下能夠氧化過氧化氫，生成氧氣，高錳酸根離子被還原為二價錳離子，反應(yīng)中化合價降低的元素是錳元素，從+7價降到+2價，過氧化氫中氧元素化合價從-1價升高到0價，要使得失電子守恒，高錳酸根離子系數(shù)為2雙氧水系數(shù)為5，依據(jù)原子個數(shù)守恒反應(yīng)的離子方程式：5H₂O₂+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O，
故答案為：5H₂O₂+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O；
（2）探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率影響，必須滿足除了溫度不同，其他條件完全相同，所以滿足此條件的實(shí)驗(yàn)編號是：②和③；探究反應(yīng)物濃度對化學(xué)反應(yīng)速率影響，除了濃度不同，其他條件完全相同的實(shí)驗(yàn)編號是①和②，
故答案為：②和③； ①和②；
 （3）混合后溶液中高錳酸鉀的濃度為：$\frac{0.01mol/L×4.0mL}{（2.0+4.0）mL}$=$\frac{0.01×4.0}{6.0}$mol/L，40s即$\frac{2}{3}$min，反應(yīng)完全時平均反應(yīng)速率v（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.01×4.0}{6.0}$$÷\frac{2}{3}$mol/（L•min）=0.01mol/（L•min），
故答案為：0.01；
（4）①由圖乙可知反應(yīng)開始后速率增大的比較快，說明生成物中的MnSO₄（或Mn²⁺）為該反應(yīng)的催化劑，
故答案為：生成物中的MnSO₄為該反應(yīng)的催化劑（或Mn²⁺對該反應(yīng)有催化作用）；
②與實(shí)驗(yàn)1作對比實(shí)驗(yàn)，則加入的硫酸錳的量不同，其它條件必須相同，所以加入的少量固體為MnSO₄，故答案為：

編號	H2O2溶液		酸性KMnO4溶液		溫度/℃	再向試管中加入少量固體
	濃度/mol•L-1	體積/mL	濃度/mol•L-1	體積/mL		MnSO4
④

③若該小組同學(xué)提出的假設(shè)成立，則反應(yīng)速率加快，溶液褪色的時間小于40s，從而說明Mn²⁺是催化劑，
故答案為：與實(shí)驗(yàn)①比較，溶液褪色所需時間短（或所用時間（t）小于40s）．

點(diǎn)評 本題主要結(jié)合實(shí)驗(yàn)考查了影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，題目難度不大，注意掌握溫度、催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，解題關(guān)鍵是對比分析圖表中的數(shù)據(jù)找出相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，然后得出合理結(jié)論．