Question

10．某酸性工業(yè)廢水中含有K₂Cr₂O₇．光照下，草酸（H₂C₂O₄）能將其中的Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr²⁺．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℃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
�、�	4	a=60	10	30
②	5	60	10	c=30
�、�	5	60	b=20	20

測(cè)得實(shí)驗(yàn)①和②溶液中的Cr₂O₇^2-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CO₂（填化學(xué)式）；
（3）實(shí)驗(yàn)①和②的結(jié)果表明，其他條件不變時(shí)，溶液的pH越小，反應(yīng)速率越快；
（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)三：
假設(shè)一：Fe²⁺起催化作用；
假設(shè)二：Al³⁺起催化作用
假設(shè)三：SO₄^2-起催化作用．
（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Cr₂O₇^2-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程）	預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論
取等物質(zhì)的量的K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O代替實(shí)驗(yàn)①中的鐵明礬，控制其他反條件與實(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-濃度大于 實(shí)驗(yàn)①中的Cr2O72的濃度，則假設(shè)一成立； 若溶液中的Cr2O72-濃度等于 實(shí)驗(yàn)①中的Cr2O72的濃度，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^-1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

則明礬中亞鐵離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：5.00%（保留小數(shù)點(diǎn)后2位有效數(shù)字）．若滴定結(jié)束后讀書時(shí)俯視，測(cè)定結(jié)果偏�。ㄌ睢捌�大”、“不影響”或“偏小”）．[相對(duì)原子質(zhì)量Fe：56]．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹罢{(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)”設(shè)置對(duì)比試驗(yàn)；
（2）根據(jù)氧化還原反應(yīng)的原理，草酸還原性較強(qiáng)，遇到強(qiáng)氧化劑時(shí)被氧化成二氧化碳；
（3）實(shí)驗(yàn)①②表明溶液pH越小，反應(yīng)的速率越快；
（4）根據(jù)鐵明礬Al₂Fe（SO₄）₄•4H₂O的組成離子進(jìn)行分析；
（5）證明亞鐵離子是否具有催化作用，需要選擇不含亞鐵離子且含有鋁離子和硫酸根離子的試劑進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，根據(jù)溶液中的Cr₂O₇^2-濃度與實(shí)驗(yàn)①中Cr₂O₇^2-濃度進(jìn)行比較得出正確結(jié)論；
（6）計(jì)算體積的平均值，根據(jù)反應(yīng)的離子方程式計(jì)算，滴定后俯視讀數(shù)，會(huì)導(dǎo)致體積偏小．

解答 解：（1）①②中pH不同，是探究pH對(duì)速率的影響；做對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，除了探究的量不同外，其它條件必須完全相同，所以①中廢水條件為60mL、②中蒸餾水體積為30mL；試驗(yàn)中總體積必須相等，所以③中醋酸體積為20mL，其pH為5，以便通過②、③探究草酸濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響，
故答案為：

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		60
②				30
③			20

（2）根據(jù)氧化還原反應(yīng)的原理，草酸還原性較強(qiáng)，遇到強(qiáng)氧化劑時(shí)被氧化成二氧化碳，
故答案為：CO₂；
（3）由實(shí)驗(yàn)①②表明溶液pH越小，反應(yīng)的速率越快，所以溶液pH對(duì)該反應(yīng)的速率有影響，
故答案為：溶液的pH越小，反應(yīng)速率越快；
（4）根據(jù)鐵明礬[Al₂Fe（SO₄）₄•24H₂O]組成分析，SO₄^2-起催化作用，
故答案為：SO₄^2-起催化作用；
（5）要證明Fe²⁺起催化作用，需做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，再做沒有Fe²⁺存在時(shí)的實(shí)驗(yàn)，所以要選K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•24H₂O；用等物質(zhì)的量K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•24H₂O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c（Cr₂O₇^2-）大于實(shí)驗(yàn)①中c（Cr₂O₇^2-），則假設(shè)一成立；若兩溶液中的c（Cr₂O₇^2-）相同，則假設(shè)一不成立，
故答案為：等物質(zhì)的量K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•24H₂O；大于；等于；
（6）取所配溶液25.00ml于錐形瓶中，加稀H₂SO₄酸化，用0.010mol/L KMnO₄溶液滴定，第3組數(shù)據(jù)誤差過大，舍去，所用高錳酸鉀溶液體積為$\frac{20.04+20.00+19.96}{3}$mL=20.00mL，
n（MnO₄^-）=0.020L×0.01mol/L=2.0×10^-4mol，
則n（Fe²⁺）=5×1.0×10^-4mol=1.0×10^-3mol，
5.6g晶體含有n（Fe²⁺）=5.0×10^-3mol，
m（Fe²⁺）=56g/mol×5.00×10^-3mol=0.28g，
實(shí)驗(yàn)測(cè)得該晶體中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.28}{5.6}$×100%≈5.00%，滴定后俯視讀數(shù)，會(huì)導(dǎo)致體積偏小，濃度偏小．
故答案為：11.20%；偏�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究影響反應(yīng)速率因素及重鉻酸根與草酸反應(yīng)過程中的催化作用，涉及到相關(guān)的計(jì)算，題目難度中上，注意掌握探究影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生從圖象中獲取數(shù)據(jù)并分析的能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力．