Question

草酸（H₂C₂O₄）溶液與酸性KMnO₄溶液反應(yīng)時，溶液褪色總是先慢后快，某學(xué)習(xí)小組
探究反應(yīng)過程中使褪色加快的主要原因，過程如下：
【查閱資料】KMnO₄溶液氧化H₂C₂O₄的反應(yīng)歷程為：
Mn（Ⅶ）

Mn2+

Mn（Ⅵ）

Mn2+

Mn（Ⅵ）

Mn2+

Mn（Ⅲ）

C2O42-

Mn（C₂O₄）^3-2n→Mn²⁺+CO₂
【提出假設(shè)】假設(shè)1：該反應(yīng)為放熱          
假設(shè)2：反應(yīng)生成的Mn²⁺對該反應(yīng)有催化作用
假設(shè)3：K⁺對該反應(yīng)有催化作用
該小組同學(xué)未提出濃度使反應(yīng)速率加快的假設(shè)，原因是

 

【設(shè)計、完成實驗】
（1）稱取

 

g草酸晶體（H₂C₂O₄?2H₂O），配置500mL 0.10mol/L H₂C₂O₄溶液．
①在上述過程中必須用到的2種定量儀器是托盤天平和

 

．
②下列操作會使所配溶液濃度偏低的是

 

（填下列選項的字母序號）．
A．稱取草酸晶體時，將草酸晶體放在托盤天平右盤
B．定容時俯視刻度線
C．將燒杯中溶液轉(zhuǎn)移到容量瓶之前，容量瓶中有少量蒸餾水
D．搖勻后，發(fā)現(xiàn)溶液液面低于刻度線，立即用膠頭滴管加水再定容
（2）完成探究，記錄數(shù)據(jù)

實驗 編號	燒杯中所加試劑及用量（mL）				控制條件	溶液褪 色時間 （s）
	0.10mol/L H2C2O4溶液	等濃度 KMnO4溶液	H2O	0.50mol/L 稀硫酸
1	30	20	30	20		18
2	30	20	30	20	水浴控制溫度65℃	15
3	30	20	30	20	加入少量MnSO4固體	3.6
4	30	20	x	20	加入5mL 0.10mol/L  K2SO4溶液	18

則x=

 

，假設(shè)

 

成立
（3）由于KMnO₄能氧化水中有機物等因素，配置好穩(wěn)定的KMnO₄溶液，其濃度需標定．
取10.00mL 0.10mol/L H₂C₂O₄溶液于錐形瓶中，加入10mL 0.50mol/L稀硫酸，用（2）中KMnO₄溶液滴定至錐形瓶中恰好呈淺紫色，且半分鐘不褪色，記錄數(shù)據(jù)，平行三次實驗，平均消耗KMnO₄溶液40.00mL，
則草酸溶液與酸性KMnO₄溶液反應(yīng)的離子方程式為：

 

．
上述實驗中KMnO₄溶液的物質(zhì)的量濃度為

 

．

Answer 1

考點：探究濃度、催化劑對化學(xué)平衡的影響

專題：

分析：【提出假設(shè)】：隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)物的濃度降低，會導(dǎo)致反應(yīng)速率減慢；
【設(shè)計完成實驗】：（1）根據(jù)n=CV 和m=nM來計算；
①根據(jù)配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液的步驟是：計算、稱量、溶解、移液、洗滌、定容、搖勻來選擇使用的儀器；
②根據(jù)C=

n

V

，通過判斷不當(dāng)操作對溶質(zhì)的物質(zhì)的量n和溶液體積V的影響來分析誤差．
（2）利用控制變量法來探究K⁺對該反應(yīng)有無催化作用，從而得出加入水的體積；通過溶液褪色的時間來分析假設(shè)的成立與否；
（3）根據(jù)題干信息可知：KMnO₄溶液與H₂C₂O₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)，KMnO₄被還原為Mn²⁺，H₂C₂O₄被氧化為CO₂，從而寫出反應(yīng)的離子方程式；根據(jù)離子方程式中KMnO₄與H₂C₂O₄量的關(guān)系，設(shè)出KMnO₄溶液的物質(zhì)的量濃度，即可求解．

解答： 解：【提出假設(shè)】：隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)物的濃度逐漸降低，故濃度對反應(yīng)速率的影響是會導(dǎo)致反應(yīng)速率減慢，而根據(jù)題意可知，反應(yīng)速率是先慢后快，故不可能是濃度導(dǎo)致的反應(yīng)速率的變化，故答案為：隨反應(yīng)物濃度降低，反應(yīng)速率減慢；
【設(shè)計完成實驗】：（1）配制500mL 0.10mol/L H₂C₂O₄溶液，所需的草酸的物質(zhì)的量n=CV=0.5L×0.10mol/L=0.05mol，即需要的草酸晶體（H₂C₂O₄?2H₂O）的物質(zhì)的量為0.05mol，質(zhì)量m=nM=0.05mol×126g/mol=6.3g，故答案為：6.3；
①配制過程中用到的儀器是：托盤天平、燒杯、玻璃棒、500mL容量瓶、膠頭滴管，其中用到的2種定量儀器是托盤天平和500mL容量瓶，故答案為：500mL容量瓶；
②A．稱取草酸晶體時，將草酸晶體放在托盤天平右盤此時m_物=m_砝-m_游，會導(dǎo)致所稱量的藥品的質(zhì)量偏小，則濃度偏低，故A選；
B．定容時俯視刻度線，會導(dǎo)致溶液體積偏小，則濃度偏大，故B不選；
C．只要最后定容時凹液面與刻度線相切即可，至于水是事先就有的還是后來加入的，對濃度無影響，故C不選；
D．搖勻后，發(fā)現(xiàn)溶液液面低于刻度線是正常的，立即用膠頭滴管加水，會導(dǎo)致溶液的濃度偏低，故D選．
故選AD；
（2）若要探究K⁺對該反應(yīng)有無催化作用，必須保持其他的影響因素如H₂C₂O₄的濃度、KMnO₄的濃度以及稀硫酸的濃度與實驗1是相同的，而H₂C₂O₄、KMnO₄以及稀硫酸的加入的物質(zhì)的量相同，故若使?jié)舛认嗤�，則必須溶液體積與實驗1相同，故加入的水的體積X=25mL，根據(jù)溶液褪色的時間可以看出，Mn²⁺對該反應(yīng)有催化作用，導(dǎo)致反應(yīng)速率加快，溶液褪色的時間縮短，故假設(shè)2是成立的，故答案為：25mL；2；
（3）根據(jù)題干信息可知：KMnO₄溶液與H₂C₂O₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)，KMnO₄被還原為Mn²⁺，H₂C₂O₄被氧化為CO₂，故離子方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂+2Mn²⁺+8H₂O；
設(shè)KMnO₄溶液的物質(zhì)的量濃度為Xmol/L，根據(jù)反應(yīng)：5H₂C₂O₄ +2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂ +2Mn²⁺+8H₂O；
                                             5                2
                                       0.01L×0.10mol/L      Xmol/L×0.04L
可得：

5

0.001

=

2

0.04X

解得X=0.010mol/L
故答案為：0.010mol/L．

點評：本題考查了溫度、催化劑對反應(yīng)速率的影響以及酸堿中和滴定的有關(guān)計算，綜合性較強，難度適中．