Question

18．有硫酸酸化的草酸（H₂C₂O₄，二元弱酸）溶液能將KMnO₄溶液中的MnO₄^-轉(zhuǎn)化為Mn²⁺．某化學(xué)小組研究發(fā)現(xiàn)，少量MnSO₄可對該反應(yīng)起催化作用．為進一步研究有關(guān)因素對該反應(yīng)速率的影響，探究如下：
（1）常 溫下，控制KMnO₄溶液初始濃度相同，調(diào)節(jié)不同的初始pH和草酸溶液用量，做對比實驗，完成以下實驗設(shè)計表．

實驗 編號	溫度	初始pH	0.1mol/L草酸溶液/mL	0.01mol/LKMnO4溶液體積/mL	蒸餾水 體積/mL	待測數(shù)據(jù)（反應(yīng)混合液褪色時間/s）
①	常溫	1	20	50	30	t1
②	常溫	2	20	50	30	t2
③	常溫	2	40	50	10	t3

（2）該反應(yīng)的離子方程式5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
（3）若t₁＜t₂，則根據(jù)實驗①和②得到的結(jié)論是溶液的pH對該反應(yīng)的速率有影響．
（4）請你設(shè)計實驗驗證MnSO₄對該反應(yīng)起催化作用，完成下表中內(nèi)容．

實驗方案（不要求寫出具體操作過程）	預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論
往反應(yīng)混合液中加入少量MnSO4固體，控制其他反應(yīng)條件與實驗①相同，進行對比實驗	若反應(yīng)混合液褪色時間小于實驗①中的t1，則MnSO4對該反應(yīng)起催化作用（若褪色時間相同，則MnSO4對該反應(yīng)無催化作用）

（5）化學(xué)小組滴定法測定KMnO₄溶液物質(zhì)的量濃度：取ag草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O，摩爾質(zhì)量126g/mol）溶于水配成250mL溶液，取25.00mL溶液置于錐形瓶中，加入適量稀H₂SO₄酸化，再用KMnO₄溶液滴定至終點，重復(fù)滴定次，平均消耗KMnO₄溶液VmL．滴定到達終點的現(xiàn)象是：滴入一滴KMnO₄溶液，溶液呈淺紅色，且30秒內(nèi)不褪色；實驗中所需的定量儀器有托盤天平、250mL容量瓶、（酸式）滴定管（填儀器名稱）．該KMnO₄溶液的物質(zhì)的量濃度為$\frac{20a}{63V}$mol/L．

Answer 1

分析 （1）實驗要求控制KMnO₄溶液初始濃度相同，根據(jù)總體積為100mL，計算水的體積；
（2）草酸與高錳酸鉀反應(yīng)是錳離子和二氧化碳、水；
（3）實驗①和②只有pH不同，其它條件都相同；
（4）控制其他反應(yīng)條件與實驗①相同，加硫酸錳進行對比實驗；
（5）草酸反應(yīng)完畢，加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液變?yōu)榧t色，紅色30s內(nèi)不褪去，說明滴定到終點；
根據(jù)稱量固體用天平、配制溶液用容量瓶、量取液體用滴定管分析；
先求出醋酸的濃度，再由關(guān)系式2KMnO₄～5H₂C₂O₄計算．

解答 解：（1）實驗要求控制KMnO₄溶液初始濃度相同，則KMnO₄溶液的體積為50mL，總體積為100mL，則水的體積10mL，故答案為：50；10；
（2）草酸與高錳酸鉀反應(yīng)是錳離子和二氧化碳、水，其反應(yīng)的離子方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
（3）實驗①和②只有pH不同，其它條件都相同，而且t₁＜t₂，說明溶液的pH對該反應(yīng)的速率有影響，故答案為：溶液的pH對該反應(yīng)的速率有影響；
（4）控制其他反應(yīng)條件與實驗①相同，加硫酸錳進行對比實驗，若反應(yīng)混合液褪色時間小于實驗①中的t₁，則MnSO₄對該反應(yīng)起催化作用（若褪色時間相同，則MnSO₄對該反應(yīng)無催化作用）；
故答案為：

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
往反應(yīng)混合液中加入少量MnSO4固體，控制其他反應(yīng)條件與實驗①相同，進行對比實驗	若反應(yīng)混合液褪色時間小于實驗①中的t1，則MnSO4對該反應(yīng)起催化作用（若褪色時間相同，則MnSO4對該反應(yīng)無催化作用）

；
（5）高錳酸鉀本身有顏色，故不需要另加指示劑，草酸反應(yīng)完畢，加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液變?yōu)榧t色，紅色30s內(nèi)不褪去，說明滴定到終點；
稱量固體用托盤天平、配制250ml溶液用250mL容量瓶、量取KMnO₄溶液和草酸溶液用到酸式滴定管；
c（草酸）=$\frac{\frac{ag}{126g/mol}}{0.25L}$=$\frac{4a}{126}$mol/L，
由關(guān)系式   2KMnO₄ ～5H₂C₂O₄
           2          5
   cmol•L^-1×V×10^-3L   $\frac{4a}{126}$mol/L×25×10^-3mol
c=$\frac{\frac{2}{5}×\frac{4a}{126}×25×1{0}^{-3}}{V×1{0}^{-3}}$=$\frac{20a}{63V}$mol/L，
故答案為：加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液變?yōu)榧t色，且30s內(nèi)紅色不褪去；托盤天平、250mL容量瓶、（酸式）滴定管；$\frac{20a}{63V}$．

點評 本題主要結(jié)合實驗考查了影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，題目難度中等，注意掌握溫度、濃度、催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，在用對照試驗來探究外界條件對反應(yīng)速率的影響時，必須保證其他影響反應(yīng)速率的條件一致．