Question

（一）某小組利用H₂C₂O₄溶液和酸性KMnO₄溶液反應來探究“外界條件對化學反應速率的影響”．實驗時，通過測定褪色所需時間來判斷反應的快慢．限選試劑與儀器：0.20mol/LH₂C₂O₄溶液，0.010mol/L 酸性KMnO₄溶液，蒸餾水，錐形瓶，恒溫水浴槽，量筒，秒表．該小組設(shè)計了如下的方案．

物理量		H2C2O4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	0.20	2.0	0.010	4.0	50
②	0	0.20	2.0	0.010	4.0	25
③				0.010	4.0	25

（1）已知反應后H₂C₂O₄轉(zhuǎn)化為CO₂逸出，KMnO₄轉(zhuǎn)化為MnSO₄．為了觀察到
紫色褪去，H₂C₂O₄與KMnO₄初始的物質(zhì)的量需要滿足的關(guān)系為：
n（H₂C₂O₄）：n （KMnO₄）≥

 

．
（2）實驗③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)平均反應速率v（KMnO₄）=

 

 mol?L^-1?min^-1．
（3）請完成表格內(nèi)五處空白．
（4）已知50℃時c（MnO₄^-）～反應時間t的變化曲線如圖1，其中反應速率最快的階段是

 

，原因是

 

．

（二）利用圖2（a）和（b）中的信息，按圖2（c）裝置（連通的A、B瓶中已充有NO₂氣體）進行實驗．可觀察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的

 

（填“深”或“淺”），其原因是

 

．

Answer 1

考點：探究溫度、壓強對化學反應速率的影響

專題：

分析：（一）（1）根據(jù)“觀察到紫色褪去”必須滿足高錳酸鉀的物質(zhì)的量小于草酸的物質(zhì)的量解得二者濃度關(guān)系；
（2）先根據(jù)醋酸和高錳酸鉀的物質(zhì)的量判斷過量，然后根據(jù)不足量及反應速率表達式計算出反應速率；
（3）由于高錳酸鉀和草酸的濃度均相同，為了探究不同濃度對反映速率的影響，需要加水改變草酸的濃度；
（4）從圖象可以看出t₁-t₂階段斜率最大，c（MnO₄^-）變化最大，說明此時段反應速率最快，由于濃度變小，可以推測是催化劑的影響；
（二）由圖a可知，1mol過氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過氧化氫分解是放熱反應，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應為放熱反應，所以圖c中，右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色）△H＜0，向逆反應方向移動．

解答： 解：（一）（1）H₂C₂O₄中碳元素的化合價為+3價，變成二氧化碳后化合價總共升高了2（4-3）價，所以每消耗1mol H₂C₂O₄轉(zhuǎn)移2mol電子；為了觀察到紫色褪去，高錳酸鉀的物質(zhì)的量應該少量，即c（H₂C₂O₄）：c（KMnO₄）≥

5

2

=2.5，
故答案為：2.5；
（2）草酸的物質(zhì)的量為：0.10mol?L^-1×0.002L=0.0002mol，高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：0.010mol?L^-1×0.004L=0.00004mol，草酸和高錳酸鉀的物質(zhì)的量之比為：0.0002mol：0.00004mol=5：1，顯然草酸過量，高錳酸鉀完全反應，混合后溶液中高錳酸鉀的濃度為：

0.010mol/L×0.004L

0.002L+0.004L

=

2

3

×0.010mol/L，
這段時間內(nèi)平均反應速率v（KMnO₄）=

2 3 ×0.010mol/L

40S 60S/min

=0.010mol?L^-1?min^-1=1.0×10^-2mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.010或1.0×10^-2；
（3）三組實驗中高錳酸鉀的濃度、體積均相等，為了探究草酸濃度對反應速率的影響，可以加蒸餾水來改變草酸的濃度，所以，第一列的物理量為蒸餾水，實驗③可以加1mL的蒸餾水改變草酸的濃度，以便與實驗②作對比，補充完整為：

物理量	蒸餾水	H2C2O4溶液		酸性KMnO4溶液		溫度/℃
	體積（mL）	濃度/mol?L-1	體積/mL	濃度/mol?L-1	體積/mL
①	0	0.20	2.0	0.010	4.0	50
②	0	0.20	2.0	0.010	4.0	25
③	1.0	0.20	1.0	0.010	4.0	25

故答案為：

物理量	蒸餾水	H2C2O4溶液		酸性KMnO4溶液		溫度/℃
	體積（mL）	濃度/mol?L-1	體積/mL	濃度/mol?L-1	體積/mL
①	0	0.20	2.0	0.010	4.0	50
②	0	0.20	2.0	0.010	4.0	25
③	1.0	0.20	1.0	0.010	4.0	25

；
（4）從圖象可以看出t₁-t₂階段斜率最大，c（MnO₄^-）變化最大，說明此時段反應速率最快，由于反應物的濃度變小，可以推測是催化劑的影響，可推測是生成物做了催化劑，
故答案為：t₁-t₂；生成物MnSO₄是該反應的催化劑；
（2）由圖a可知，1mol過氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過氧化氫分解是放熱反應，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應為放熱反應，所以圖c中，右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色）△H＜0，向逆反應方向移動，即向生成NO₂移動，故B瓶顏色更深，
故答案為：深；2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色），△H＜0是放熱反應，且雙氧水的分解反應也是放熱反應．當右邊雙氧水分解時放出的熱量會使B瓶升溫，使瓶中反應朝逆反應方向移動，即向生成NO₂移動，故B瓶顏色更深．

點評：本題考查氧化還原反應、反應速率影響因素實驗、化學平衡移動等，側(cè)重對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎(chǔ)，注意利用控制變量法測定外界條件對反應速率的影響，難度中等．