Question

6．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5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=1OCO₂↑+2Mn²⁺+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

（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(shù)據(jù)（從混合振蕩均勻開始計時）：

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

①實驗Ⅱ中用KMnO₄的濃度變化來表示的平均反應速率為1×10^-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(shù)據(jù)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(jié)論，
你認為是否正確否（填“是”或“否”）．他認為不用經(jīng)過計算，直接根據(jù)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(guān)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(chǎn)和科技領(lǐng)域起到重大作用．探究小組又利用圖2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(guān)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(jù)氧化還原反應得失電子守恒配平反應方程式；
（2）根據(jù)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(jù)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(jù)ν（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$進行計算；
②根據(jù)KMnO₄的物質(zhì)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(jù)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(jù)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）=$\frac{0.001mol/L×0.004L}{0.004L+0.002L}$=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）=$\frac{0.00067mol/L}{6.7min}$=1×10^-4 mol•L^-1•min^-1，
故答案：1×10^-4 mol•L^-1•min^-1；
②從表中數(shù)據(jù)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(jù)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(guān)系，需滿足高錳酸鉀的物質(zhì)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(jù)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(jié)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．