Question

5．某小組利用H₂C₂O₄溶液和酸性KMnO₄溶液反應(yīng)來探究“條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響”．
【實(shí)驗(yàn)原理】2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及記錄】
實(shí)驗(yàn)時(shí)，先分別量取兩種溶液，然后倒入試管中迅速振蕩混合均勻，開始計(jì)時(shí)，通過測(cè)定褪色所需時(shí)間來判斷反應(yīng)的快慢．該小組設(shè)計(jì)了如下的方案．

編號(hào)	H2C2O4溶液		酸性KMnO4溶液		溫度/℃	溶液顏色褪至無色所需時(shí)間/s
	濃度 /mol•L-1	體積 /mL	濃度 /mol•L-1	體積 /mL
①	0.10	2.0	0.010	4.0	25	t1
②	0.20	2.0	0.010	4.0	25	t2
③	0.20	2.0	0.010	4.0	50	t3

（1）已知反應(yīng)后H₂C₂O₄轉(zhuǎn)化為CO₂逸出，KMnO₄轉(zhuǎn)化為MnSO₄，每消耗1mol H₂C₂O₄轉(zhuǎn)移2mol 電子，為了觀察到紫色褪去，H₂C₂O₄與KMnO₄初始的物質(zhì)的量需要滿足的關(guān)系為：n（H₂C₂O₄）：n（KMnO₄）≥2.5．
（2）探究溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)編號(hào)是②和③（填編號(hào)，下同），可探究反應(yīng)物濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)編號(hào)是①和②．
（3）實(shí)驗(yàn)①測(cè)得KMnO₄溶液的褪色時(shí)間t₁為40s，忽略混合前后溶液體積的微小變化，這段時(shí)間內(nèi)平均反應(yīng)速率v（KMnO₄）=0.010或1.0×10^-2 mol•L^-1•min^-1．
（4）已知50℃時(shí)c（MnO₄^-）～反應(yīng)時(shí)間t的變化曲線如圖1．若保持其他條件不變，請(qǐng)?jiān)诖痤}卡坐標(biāo)圖中，畫出25℃時(shí)c（MnO₄^-）～t的變化曲線示意圖．

（5）該小組同學(xué)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)繪制了n（Mn²⁺）隨時(shí)間變化趨勢(shì)的示意圖，如圖2所示．但有同學(xué)查閱已有的實(shí)驗(yàn)資料發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)過程中n（Mn²⁺）隨時(shí)間變化的趨勢(shì)應(yīng)如圖3所示．該小組同學(xué)根據(jù)圖2所示信息提出了新的假設(shè)，并繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．
①該小組同學(xué)提出的假設(shè)是生成物中的MnSO₄為該反應(yīng)的催化劑（或Mn²⁺對(duì)該反應(yīng)有催化作用）．
②請(qǐng)你幫助該小組同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)方案，并填寫表中空白．

編號(hào)	H2C2O4溶液		酸性KMnO4溶液		溫度 /℃	再向試管中加入少量固體	溶液顏色褪至無色所需時(shí)間/s
	濃度 /mol•L-1	體積 /mL	濃度 /mol•L-1	體積 /mL
④	0.10	2.0	0.010	4.0	25	MnSO4	t4

③若該小組同學(xué)提出的假設(shè)成立，應(yīng)觀察到的現(xiàn)象是與實(shí)驗(yàn)1比較，溶液褪色所需時(shí)間短或所用時(shí)間（t）小于40s．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題中信息及化合價(jià)升降法配平反應(yīng)的化學(xué)方程式，然后根據(jù)電子守恒計(jì)算出1mol草酸完全反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；根據(jù)“觀察到紫色褪去”必須滿足高錳酸鉀的物質(zhì)的量小于草酸的物質(zhì)的量解得二者濃度關(guān)系；
（2）根據(jù)探究溫度對(duì)反應(yīng)速率影響時(shí)除了溫度外其它條件必須相同判斷；根據(jù)體積濃度對(duì)反應(yīng)速率影響時(shí)除了濃度不同，其他條件必須完全相同分析；
（3）先根據(jù)醋酸和高錳酸鉀的物質(zhì)的量判斷過量，然后根據(jù)不足量及反應(yīng)速率表達(dá)式計(jì)算出反應(yīng)速率；
（4）根據(jù)溫度降低反應(yīng)速率減小畫出25℃時(shí)c（MnO₄^-）～t的變化曲線示意圖；
（5）①由圖3可知反應(yīng)開始后錳離子濃度增大，反應(yīng)速率增加的比較快，所以探究的是硫酸錳在反應(yīng)中的作用；
②作對(duì)比實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了加入MnSO₄不同外，其它量完全相同，據(jù)此進(jìn)行解答；
③若反應(yīng)加快，說明Mn²⁺是催化劑，反應(yīng)過程中溶液褪色時(shí)間減少．

解答 解：（1）根據(jù)反應(yīng)后H₂C₂O₄轉(zhuǎn)化為CO₂逸出，KMnO₄轉(zhuǎn)化為MnSO₄，利用化合價(jià)升降相等寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+8H₂O+10CO₂↑；H₂C₂O₄中碳元素的化合價(jià)為+3價(jià)，變成二氧化碳后化合價(jià)總共升高了2（4-3）價(jià)，所以每消耗1mol H₂C₂O₄轉(zhuǎn)移2mol電子；為了觀察到紫色褪去，高錳酸鉀的物質(zhì)的量應(yīng)該少量，即c（H₂C₂O₄）：c（KMnO₄）≥$\frac{5}{2}$=2.5，
故答案為：2； 2.5；
（2）探究溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響，必須滿足除了溫度不同，其他條件完全相同，所以滿足此條件的實(shí)驗(yàn)編號(hào)是：②和③；探究反應(yīng)物濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響，除了濃度不同，其他條件完全相同的實(shí)驗(yàn)編號(hào)是①和②，
故答案為：②和③； ①和②；
（3）草酸的物質(zhì)的量為：0.10mol•L^-1×0.002L=0.0002mol，高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：0.010mol•L^-1×0.004L=0.00004mol，草酸和高錳酸鉀的物質(zhì)的量之比為：0.0002mol：0.00004mol=5：1，顯然草酸過量，高錳酸鉀完全反應(yīng)，混合后溶液中高錳酸鉀的濃度為：$\frac{0.010mol•{L}^{-1}×0.004L}{0.002L+0.004L}$=$\frac{2}{3}$×0.010mol/L，
這段時(shí)間內(nèi)平均反應(yīng)速率v（KMnO₄）=$\frac{\frac{2}{3}×0.010mol•{L}^{-1}}{\frac{40s}{60s•mi{n}^{-1}}}$=0.010mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.010或1.0×10^-2；
（4）25℃時(shí)反應(yīng)速率小于50℃時(shí)，所以高錳酸根離子的濃度變化比50℃時(shí)小，反應(yīng)需要的時(shí)間大于50℃條件下需要的時(shí)間，據(jù)此畫出25℃時(shí)c（MnO₄^-）～t的變化曲線示意圖為：，
故答案為：
（5）①由圖3可知反應(yīng)開始后速率增大的比較快，說明生成物中的MnSO₄（或Mn²⁺）為該反應(yīng)的催化劑，
故答案為：生成物中的MnSO₄為該反應(yīng)的催化劑（或Mn²⁺對(duì)該反應(yīng)有催化作用）；
②與實(shí)驗(yàn)1作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，則加入的硫酸錳的量不同，其它條件必須相同，所以加入的少量固體為MnSO₄，
故答案為：MnSO₄；
③若該小組同學(xué)提出的假設(shè)成立，則反應(yīng)速率加快，溶液褪色的時(shí)間小于40s，從而說明Mn²⁺是催化劑，
故答案為：與實(shí)驗(yàn)1比較，溶液褪色所需時(shí)間短（或所用時(shí)間（t）小于40s．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究溫度、濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響、濃度隨時(shí)間變化的曲線，題目難度中等，注意掌握溫度、濃度、壓強(qiáng)等對(duì)反應(yīng)速率的影響，試題側(cè)重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導(dǎo)與訓(xùn)練，旨在考查學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力．