Question

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KMnO₄酸性溶液的濃度可選擇0.01mol?L^-1、0.001mol?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（0.1mol?L^-1）的用量均為2mL．
（1）配平化學方程式：

 

KMnO₄+

 

H₂C₂O₄+

 

H₂SO₄→

 

K₂SO₄+

 

MnSO₄+

 

CO₂+

 

H₂O
（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	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實驗目的
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實驗①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對該反應速率的影響； （Ⅱ）實驗①和③探究溫度對該反應速率的影響； （Ⅲ）實驗①和   探究催化劑對該反應速率的影響
②
③
④		0

（3）在完成探究催化劑對該反應速率影響的實驗時發現，未加催化劑的情況下，剛開始一段時間，反應速率較慢，溶液褪色不明顯，但不久后突然褪色，反應速率明顯加快．
針對上述實驗現象，同學認為高錳酸鉀與草酸溶液的反應放熱，導致溶液溫度升高，反應速率加快，從影響化學反應速率的因素看，你猜想還可能是

 

若用實驗證明你的猜想．除酸性高錳酸鉀溶液，草酸溶液外，還需要選擇的試劑最合理的是

 

A．硫酸鉀   B．硫酸錳   C．二氧化錳   D．水
（4）某同學對實驗①和②分別進行三次實驗，測得以下實驗數據（從混合振蕩均勻開始計時）：

KMnO4酸性溶液 的濃度/mol?L-1	溶液褪色所需時間 t/min
	第1次	第2次	第3次
0.01	14	13	11
0.001	6	7	7

計算用0.001 mol?L^-1 KMnO₄酸性溶液進行實驗時KMnO₄的平均反應速率

 

（忽略混合前后溶液體積的變化）．
（5）若不經過計算，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系是否可行？

 

．若不可行（若認為可行則不填），請設計可以通過直接觀察褪色時間長短來判斷的改進方案

 

．

Answer 1

考點：探究影響化學反應速率的因素

專題：實驗設計題

分析：（1）該反應中Mn元素化合價由+7價變為+2價、C元素化合價由+3價變為+4價，根據轉移電子守恒、原子守恒配平方程式；
（2）根據實驗的目的和影響化學反應速率的因素來設計實驗；
（3）根據反應開始錳離子濃度較小，反應過程中錳離子濃度逐漸增大分析；選擇含有錳離子的試劑進行驗證；
（4）根據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ν（KMnO₄）=

△c

△t

來求解；
（5）因顏色是由KMnO4產生，雖然KMnO4濃度大反應快，但KMnO4的量也多，故無法比較；如果想通過直接觀察褪色時間長短來判斷必須保證高錳酸鉀的體積與濃度相同．

解答： 解：（1）該反應中Mn元素化合價由+7價變為+2價、C元素化合價由+3價變為+4價，其轉移電子總數為10，根據轉移電子守恒知，KMnO₄的計量數是2、H₂C₂O₄的計量數是5，再根據原子守恒得方程式為2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═1K₂SO₄+10CO₂↑+2MnSO₄+8H₂O，
故答案為：2；5；3；1；10；2；8；
（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，則實驗①②的溫度、催化劑的用量相同，只有濃度不同；實驗①③中只有溫度不同，其他條件相同；實驗①④中只有催化劑的用量不同，其他條件相同，故答案為：

實驗編號	T/K	催化劑的用量/g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實驗目的
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實驗①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對該反應速率的影響； （Ⅱ）實驗①和③探究溫度對該反應速率的影響； （Ⅲ）實驗①和④探究催化劑對該反應速率的影響
②	298	0.5	0.001
③	323	0.5	0.01
④	298	0	0.01

（3）影響反應速率的因素除了溫度，還有可能為催化劑的影響，反應中錳離子濃度逐漸增大，錳離子可能起到了催化劑的作用，使反應速率加快；若用實驗證明猜想，除高錳酸鉀溶液、草酸溶液、稀硫酸外，還需要選擇能夠改變錳離子濃度的試劑，如硫酸錳，
故答案為：生成的Mn²⁺催化反應的進行；B；
（4）反應開始時：c（KMnO₄）=

0.001mol/L×0.004L

0.004L+0.002L

=0.00067 mol?L^-1
反應時間：△t=

6min+7min+7min

3

=6.7min   
KMnO₄的平均反應速率：
ν（KMnO₄）=

△c

△t

=

0.00067mol/L

6.7min

=1×10^-4 mol?L^-1?min^-1
故答案為：1×10^-4 mol?L^-1?min^-1．
 （5）由題中數據知濃度大的褪色時間反而長，因顏色是由KMnO₄產生，雖然KMnO₄濃度大反應快，但KMnO₄的量也多，故無法比較，故不經過計算直接利用表中的褪色時間長短來判斷濃度大小與反應速率的關系是不可行的；所以若想通過直接觀察褪色時間長短來判斷溶液濃度的大小，則必須保證KMnO₄酸性溶液的濃度相同，才能判斷H₂C₂O₄溶液濃度的大�。�
故答案為：不可行；取過量的體積相同、濃度不同的草酸溶液分別與體積相同、濃度相同的高錳酸鉀酸性溶液反應，觀察溶液褪色的情況．

點評：本題主要結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，培養了學生分析問題、解決問題的能力．