Question

19．一實(shí)驗(yàn)小組用酸性KMnO₄和H₂C₂O₄（草酸，水溶液為無色的二元弱酸）反應(yīng)研究影響反應(yīng)速率的因素，其欲通過測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)生成CO₂的速率，探究某種影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下（KMnO₄溶液已酸化）：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	H2C2O4溶液	KMnO4溶液	溫度
Ⅰ	20mL 0.2mol•L-1	30mL 0.01mol•L-1	25℃
Ⅱ	20mL 0.1mol•L-1	30mL 0.01mol•L-1	25℃
Ⅲ	20mL 0.2mol•L-1	30mL 0.01mol•L-1	50℃

（1）完成KMnO₄和H₂C₂O₄（草酸）反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：
2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
該反應(yīng)過程中發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象溶液紫色變淺（或溶液紫色褪去），有無色氣泡產(chǎn)生．
（2）實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅲ（填實(shí)驗(yàn)序號(hào)）探究的是溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響．
（3）若用如圖一進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)．
①在實(shí)驗(yàn)過程中裝藥品前必須進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作檢查裝置氣密性（填操作名稱）．若反應(yīng)相同時(shí)間，則針筒中所得CO₂的體積由大到小的順序是Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ（填實(shí)驗(yàn)序號(hào)）．
②若實(shí)驗(yàn)Ⅰ在2min末收集了4.48mL CO₂（氣體體積已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下），則在2min末，c（MnO₄^-）=0.0052mol•L^-1．

（4）該實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)KMnO₄和H₂C₂O₄（草酸）反應(yīng)的反應(yīng)速率總是如圖二，其中t₁～t₂時(shí)間內(nèi)速率變快的主要原因可能是：①該反應(yīng)放熱；②產(chǎn)物Mn²⁺（或MnSO₄）是反應(yīng)的催化劑．

Answer 1

分析 （1）KMnO₄和H₂C₂O₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成錳離子、二氧化碳、水，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒配平離子方程式；高錳酸根為紫色，二價(jià)錳離子無色；
（2）對(duì)比Ⅰ、Ⅲ實(shí)驗(yàn)溫度不同，其他條件相同；
（3）①該實(shí)驗(yàn)要收集氣體，實(shí)驗(yàn)前必須檢查氣密性；反應(yīng)速率越快，相同時(shí)間內(nèi)收集到的二氧化碳越多；
②先求出反應(yīng)的n（MnO₄^-）的物質(zhì)的量，再求出反應(yīng)后的濃度；
（4）根據(jù)反應(yīng)過程中反應(yīng)物濃度在減小，要加快反應(yīng)的條件還可能是溫度和催化劑的作用．

解答 解：（1）KMnO₄和H₂C₂O₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成錳離子、二氧化碳、水，KMnO₄和中錳降低了5價(jià)，1個(gè)H₂C₂O₄分子中有2個(gè)+3價(jià)的C，所以升高1×2=2價(jià)，根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等可以確定KMnO₄和H₂C₂O₄的比例關(guān)系為：2：5，再根據(jù)電荷守恒配平離子方程式：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；反應(yīng)現(xiàn)象為溶液紫色變淺（或溶液紫色褪去），有無色氣泡產(chǎn)生，
故答案為：2；5H₂C₂O₄；6H⁺；2；10；8；溶液紫色變淺（或溶液紫色褪去），有無色氣泡產(chǎn)生；
（2）對(duì)比Ⅰ、Ⅲ實(shí)驗(yàn)可知溫度不同，高錳酸鉀溶液的濃度相同，草酸濃度也相同，則兩個(gè)實(shí)驗(yàn)是探究溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，
故答案為：Ⅰ、Ⅲ；
（3）①該實(shí)驗(yàn)要收集氣體，實(shí)驗(yàn)前必須檢查氣密性；Ⅱ中草酸的濃度比Ⅰ大，Ⅱ的化學(xué)反應(yīng)速率大于Ⅰ，Ⅲ的溫度最高，溫度每升高10℃，反應(yīng)速率增大2到4倍，所以Ⅲ的反應(yīng)速率大于Ⅰ和Ⅱ，反應(yīng)速率越快，相同時(shí)間內(nèi)收集到的二氧化碳越多，則相同時(shí)間內(nèi)所得CO₂的體積由大到小的順序是Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ，
故答案為：檢查裝置氣密性；Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ；
②CO₂的物質(zhì)的量是：4.48×10^-3L÷22.4L/mol=0.0002mol，設(shè)2min末，消耗n（MnO₄^-）為x
2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
2                                               10
x                                                0.0002mol
解得x=0.00004mol
余下的n（MnO₄^-）=30×10^-3L×0.01mol•L^-1-0.00004mol=0.00026mol
則2min中末c（MnO₄^-）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.00026mol}{0.05L}$=0.0052mol/L
故答案為：0.0052；
（4）研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率總是如圖二所示發(fā)生變化，則t₁～t₂時(shí)間內(nèi)速率變快的主要原因可能是：
①該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)放出的熱量使環(huán)境溫度升高，加快了反應(yīng)速率，
②產(chǎn)物Mn²⁺（或MnSO₄）是反應(yīng)的催化劑，
故答案為：產(chǎn)物Mn²⁺（或MnSO₄）是反應(yīng)的催化劑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，注意掌握影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，明確探究影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的方法，難度中等．