Question

10．影響化學反應速率的因素很多，樹德中學化學社的同學用以下實驗的進行探究．
（1）實驗一：經研究知Cu²⁺對H₂O₂分解也具有催化作用，為比較Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，該小組的同學分別設計了如圖甲、乙所示的實驗（其它實驗條件相同）．

①定性分析：如圖甲可通過觀察產生氣泡的快慢來比較反應速率的大小，定性比較得出結論．若圖甲所示的實驗中反應速率為左邊＞右邊，能否一定說明Fe³⁺比Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果更好否（填“能”或“否”）．其理由是兩催化劑的陰離子不同 （若能說明催化效果，此空不填）．
②定量分析：如圖乙所示，實驗時均以生成40mL氣體為準，其他可能影響實驗的因素均已忽略．用簡單的方法檢驗該裝置的氣密性關閉A處活塞，將注射器活塞拉出一定距離，一段時間后松開活塞，如活塞復原，則裝置的氣密性良好．實驗中需要測量的數據是產生40ml氣體所需的反應時間．
（2）實驗二：高錳酸鉀酸性溶液和草酸（乙二酸）溶液反應時，發現開始一段時間，反應速率較慢，溶液褪色不明顯但不久突然褪色，反應速率明顯加快．
①寫出酸性高錳酸鉀和草酸溶液的化學反應方程式：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+8H₂O+10CO₂↑．
②針對上述實驗現象，某同學認為KMnO₄與草酸的反應是放熱反應，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，你的猜想還可能是催化劑的影響．
③若用實驗證明你的猜想，除酸性高錳酸鉀溶液、草酸溶液試劑外，還需要選擇的試劑最合理的是B．（填序號）
A、硫酸鉀     B、硫酸錳    C、水    D、氯化錳
（3）實驗三：化學社的同學們對作業中的“碘鐘”實驗產生濃厚興趣，做了以下深入研究，繼續探究濃度對化學反應速率的影響．
查閱資料：S₂O₈^2-+2I^-═2SO₄^2-+I₂ （慢）     I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-（快）
實驗過程：向KI、Na₂S₂O₃與淀粉的混合溶液中加入一定量的K₂S₂O₈溶液，當溶液中的Na₂S₂O₃耗盡后，溶液顏色將由無色變為藍色．
實驗均取用0.10mol•L^-1 Na₂S₂O₃溶液4.0ml，1ml淀粉溶液做指示劑，若不經計算，直接通過溶液變藍色的時間判斷濃度對反應速率的影響，下列試劑中應選擇①④⑤或②④⑤（填序號）
①5ml  0.10mol/L  KI溶液            
②5ml  0.05mol/L  KI溶液
③2ml  0.05mol•L^-1 K₂S₂O₈溶液       
④2ml  0.15mol•L^-1 K₂S₂O₈溶液
⑤2ml  1.5mol•L^-1 K₂S₂O₈溶液
如該社社長沒有選用上述5種備選試劑，而從實驗室取用了4ml 0.20mol/L KI溶液，1ml 0.40mol/L K₂S₂O₈溶液進行實驗，2s時溶液顯藍色，計算v（S₂O₈^2-）=0.01mol•L^-1•s^-1．

Answer 1

分析 （1）①根據H₂O₂分解的催化作用有可能是氯離子起的作用解答即可；
②根據乙圖裝置來選擇氣密性的檢查方法，該反應是通過反應速率分析的，所以根據v=$\frac{△c}{△t}$來判斷；
（2）①此反應的反應物為酸性高錳酸鉀和草酸溶液，生成物突然無色，說明生成錳離子，依據氧化還原反應原理書寫化學反應方程式即可；
②錳離子有催化作用；③要想驗證錳離子的催化作用，再加入硫酸錳即可；
（3）根據KI、Na₂S₂O₃與淀粉的反應原理解答．

解答 解：（1）①由于兩種催化劑的陰離子與陽離子均不同，故陰離子也可能對雙氧水的分解起到催化作用，故答案為：否；兩催化劑的陰離子不同；
②結合乙圖裝置，該氣密性的檢查方法為：關閉A處活塞，將注射器活塞拉出一定距離，一段時間后松開活塞，如活塞復原，則裝置的氣密性良好；反應是通過反應速率分析的，根據v=$\frac{△c}{△t}$，所以，實驗中需要測量的數據產生40ml氣體所需的反應時間，
故答案為：關閉A處活塞，將注射器活塞拉出一定距離，一段時間后松開活塞，如活塞復原，則裝置的氣密性良好；產生40ml氣體所需的反應時間；
（2）①酸性高錳酸鉀和草酸溶液在硫酸酸化條件下生成硫酸錳、硫酸鉀等，化學反應方程式為：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+8H₂O+10CO₂↑，
故答案為：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+8H₂O+10CO₂↑；
②KMnO₄與H₂C₂O₄反應生成硫酸錳，錳離子有催化作用，所以猜想還可能是催化劑的作用，故答案為：催化劑；
③要想驗證錳離子的催化作用，在做對比實驗時同時加入硫酸錳觀察反應速率是否變化即可，故選：B；
（3）向KI、Na₂S₂O₃與淀粉的混合溶液中加入一定量的K₂S₂O₈溶液，先發生S₂O₈^2-+2I^-═2SO₄^2-+I₂（慢），后發生I₂+2S₂O₃^2-═S₄O₆^2-+2I^- （快），當S₂O₃^2-耗盡后，碘才能與淀粉作用顯示藍色，用淀粉溶液做指示劑，通過褪色時間判斷濃度與反應速率的關系，I₂應完全反應，藍色褪去，采取控制變量法，KI的濃度不變，改變K₂S₂O₈溶液濃度，即采取①④⑤或②④⑤，S₂O₈^2-+2I^-═2SO₄^2-+I₂ （慢） I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-（快），當有藍色出現時，快反應進行完全，
此時只發生反應：S₂O₈^2-+2I^-═2SO₄^2-+I₂ （慢）
               1                1
故有I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-（快），
     1   2
     c   $\frac{4.0mL×0.10mol/L}{4mL+4ml+1mL+1mL}$=0.04，
故△c（I₂）=△c（S₂O₈^2-）=0.02mol/L，故v（S₂O₈^2-）=$\frac{0.02mol/L}{2s}$=0.01mol•L^-1•s^-1，
故答案為：Na₂S₂O₃；①④⑤或②④⑤；0.01mol•L^-1•s^-1．

點評 本題考查了實驗探究，注意探究外界條件對化學反應影響時，只能改變一個條件，其它條件必須相同，否則不能得出正確結論，難度較大．