Question

【題目】（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]即可對該反應(yīng)起催化作用。為進(jìn)一步研究有關(guān)因素對該反應(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，作對比實驗，完成以下實驗設(shè)計表（表中不要留空格）。

實驗編號	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

測得實驗①和②溶液中的Cr2O72－濃度隨時間變化關(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）實驗①和②的結(jié)果表明_______________________________；

（4）該課題組對鐵明礬[Al2Fe(SO4)4 ·4H2O]中起催化作用的成分提出如下假設(shè)，請你完成假設(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）請你設(shè)計實驗驗證上述假設(shè)一，完成下表中內(nèi)容。（除了上述實驗提供的試劑外，可供選擇的藥品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。（溶液中Cr2O72－的濃度可用儀器測定）

實驗方案（不要求寫具體操作過程）	預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論
取_______________________________代替實驗①中的鐵明礬，控制其他反應(yīng)條件與實驗①相同，進(jìn)行對比實驗	反應(yīng)進(jìn)行相同時間后, 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）鐵明礬長期存放，其中的亞鐵離子可能會變質(zhì)。為測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組實驗，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

請計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)時仰視，測定結(jié)果 （填“偏大”“不影響”或“偏小”）

Answer 1

【答案】（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）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”等物質(zhì)的量”不得分）

大于實驗①中的Cr2O72－濃度（1分） 等于實驗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，做對比實驗，由實驗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為+3，被強(qiáng)氧化劑氧化才二氧化碳。（3）根據(jù)實驗①和飾演的曲線對比，在相同的草酸用量，不同pH時，反應(yīng)速率不同，所以pH對該反應(yīng)速率有以一定的影響，從圖像看出，（其他條件不變時）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做實驗。 若反應(yīng)進(jìn)行相同的時間后，溶液中的Cr2O72－濃度大于實驗①中的Cr2O72－濃度，說明亞鐵離子使反應(yīng)速率加快，假設(shè)一成立。若溶液中的Cr2O72－濃度等于實驗①中的Cr2O72－濃度，說明亞鐵離子對反應(yīng)速率沒有影響，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+，實驗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。