Question

（14分）某酸性工業(yè)廢水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能將其中的Cr2O72－轉(zhuǎn)化為Cr3＋。某課題組研究發(fā)現(xiàn)，少量鐵明礬[Al2Fe(SO4)4 ·4H2O]即可對(duì)該反應(yīng)起催化作用。為進(jìn)一步研究有關(guān)因素對(duì)該反應(yīng)速率的影響，探究如下：

（1）在25°C下，控制光照強(qiáng)度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調(diào)節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表（表中不要留空格）。

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	初始pH	廢水樣品體積/mL	草酸溶液體積/mL	蒸餾水體積/mL
①	4	B=	10	30
②	5	60	10	d=
③	a=	60	c=	20

測(cè)得實(shí)驗(yàn)①和②溶液中的Cr2O72－濃度隨時(shí)間變化關(guān)系如圖所示。

（2）上述反應(yīng)后草酸被氧化為 （填化學(xué)式）；

（3）實(shí)驗(yàn)①和②的結(jié)果表明_______________________________；

（4）該課題組對(duì)鐵明礬[Al2Fe(SO4)4 ·4H2O]中起催化作用的成分提出如下假設(shè)，請(qǐng)你完成假設(shè)二和假設(shè)三：

假設(shè)一：Fe2＋起催化作用；假設(shè)二： ；假設(shè)三： ；……

（5）請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述假設(shè)一，完成下表中內(nèi)容。（除了上述實(shí)驗(yàn)提供的試劑外，可供選擇的藥品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。（溶液中Cr2O72－的濃度可用儀器測(cè)定）

實(shí)驗(yàn)方案（不要求寫具體操作過(guò)程）	預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論
取_______________________________代替實(shí)驗(yàn)①中的鐵明礬，控制其他反應(yīng)條件與實(shí)驗(yàn)①相同，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)	反應(yīng)進(jìn)行相同時(shí)間后, 若溶液中的Cr2O72－濃度____________________________則假設(shè)一成立； 若溶液中的Cr2O72－濃度____________________________則假設(shè)一不成立；

（6）鐵明礬長(zhǎng)期存放，其中的亞鐵離子可能會(huì)變質(zhì)。為測(cè)定鐵明礬中亞鐵離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。取5.6g鐵明礬晶體，將其配制為100ml的溶液，取出20ml置于錐形瓶中。用0.01mol/L的標(biāo)準(zhǔn)KMnO4溶液進(jìn)行滴定（還原產(chǎn)物為Mn2+），平行做4組實(shí)驗(yàn)，得出如下表數(shù)值。

組數(shù)	1	2	3	4
消耗V（KMnO4）/ml	20.04	20.00	18.90	19.96

請(qǐng)計(jì)算鐵明礬中亞鐵離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 。若滴定結(jié)束后讀數(shù)時(shí)仰視，測(cè)定結(jié)果 （填“偏大”“不影響”或“偏小”）

Answer 1

（1）（每空1分，共4分）

a=4或5 b=60 c=20 d=30

（2）CO2 (1分)

（3）（其他條件不變時(shí)）溶液的pH越小，反應(yīng)速率越快（1分）

（4）Al3+起催化作用（1分）、SO42－起催化作用（1分）

（5）等物質(zhì)的量K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O（1分） （無(wú)”等物質(zhì)的量”不得分）

大于實(shí)驗(yàn)①中的Cr2O72－濃度（1分） 等于實(shí)驗(yàn)①中的Cr2O72－濃度（1分）

（6）5% （2分） 偏大（1分）

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)題意要求，調(diào)節(jié)不同初始pH和一定濃度的草酸溶液的用量，做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)③改變的是草酸的用量，但應(yīng)保持溶液的總體積不變，所以 a=4或5 b=60 c=20 d=30。（2）草酸中碳元素的化合價(jià)為+3，被強(qiáng)氧化劑氧化才二氧化碳。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)①和飾演的曲線對(duì)比，在相同的草酸用量，不同pH時(shí)，反應(yīng)速率不同，所以pH對(duì)該反應(yīng)速率有以一定的影響，從圖像看出，（其他條件不變時(shí)）溶液的pH越小，反應(yīng)速率越快。（4）在鐵明礬中有亞鐵離子和鋁離子和硫酸根離子，所以可以使亞鐵離子起催化劑作用，或Al3+起催化作用，或SO42－起催化作用。（5）取物質(zhì)中沒(méi)有亞鐵離子，但有鋁離子和硫酸根離子，所以選擇等物質(zhì)的量K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O做實(shí)驗(yàn)。 若反應(yīng)進(jìn)行相同的時(shí)間后，溶液中的Cr2O72－濃度大于實(shí)驗(yàn)①中的Cr2O72－濃度，說(shuō)明亞鐵離子使反應(yīng)速率加快，假設(shè)一成立。若溶液中的Cr2O72－濃度等于實(shí)驗(yàn)①中的Cr2O72－濃度，說(shuō)明亞鐵離子對(duì)反應(yīng)速率沒(méi)有影響，假設(shè)一不成立。（6）根據(jù)方程式中物質(zhì)的關(guān)系為KMnO4-----5Fe2+，實(shí)驗(yàn)3的數(shù)據(jù)距離其它數(shù)據(jù)偏遠(yuǎn)，所以舍去，其余體積計(jì)算平均值，高錳酸鉀的體積平均值為20.00毫升，則亞鐵離子的物質(zhì)的量濃度=5×0.01×20/20=0.05mol/L，則晶體中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05*0.1*56/5.6= 5% 。 若滴定結(jié)束后讀書仰視，讀數(shù)偏大，則結(jié)果偏大。

考點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，滴定實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析。