Question

【题目】某研究小组为了验证反应物浓度对反应速率的影响，选用硫酸酸化的高锰酸钾溶液与草酸溶液在室温下进行反应。实验中所用的草酸为稀溶液，可视为强酸。

(1)将高锰酸钾氧化草酸的离子方程式补充完整。

2MnO4- +_______C2O42- +_____ _____=2Mn2+ +______CO2↑ +_______H2O

(2)该小组进行了实验I，数据如下。

H2SO4溶液	KMnO4溶液	H2C2O4溶液	褪色时间（分:秒）
1mL 2mol/L	2mL 0.01mol/L	1mL 0.1mol/L	2:03
1mL 2mol/L	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	2:16

一般来说，其他条件相同时，增大反应物浓度，反应速率______。但分析实验数据，得到的结论是______。

(3)该小组欲探究出现上述异常现象的原因，在实验I的基础上，只改变草酸溶液浓度进行了实验II，获得实验数据并绘制曲线图如下。

①用文字描述曲线图表达的信息______。

②该小组查阅资料获取如下信息，其中能够解释MO变化趋势的是______。

a	KMnO4与H2C2O4反应是分步进行的，反应过程中生成Mn（VI）、Mn（III）、Mn（IV），最终变为无色的Mn（II）。（括号中罗马数字表示锰的化合价）
b	草酸根易与不同价态锰离子形成较稳定的配位化合物。
c	草酸稳定性较差，加热至185℃可分解。

(4)该小组为探究ON段曲线变化趋势的原因，又进行了实验III，所得数据如下。

H2SO4溶液	Na2SO4固体	KMnO4溶液	H2C2O4溶液	褪色时间（分:秒）
1mL 0.1mol/L	1.9×10-3mol	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	16:20
1mL 0.5mol/L	1.5×10-3mol	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	8:25
1mL 1.0mol/L	1.0×10-3mol	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	6:15
1mL 2.0mol/L	0	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	2:16

该小组进行实验III的目的是______。

(5)综合实验I、II、III，推测造成曲线MN变化趋势的原因______。为验证该推测还需要补充实验，请对实验方案进行理论设计______。

Answer 1

【答案】5 16 H+ 10 8 增大 在当前实验条件下，增大草酸浓度，反应速率减小 当草酸浓度小于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而减小，当草酸浓度大于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而增加 ab 探究其他离子浓度不变，溶液中H+浓度对反应速率的影响 当草酸浓度较小时，C2O42- 起主要作用，草酸浓度越大，反应速率越小；当草酸浓度较大时，H+起主要作用，使得草酸浓度越大，反应速率越大。 为验证C2O42-对反应速率的影响，保持高锰酸钾与硫酸溶液浓度不变，增加草酸钠的浓度，记录反应速率；若随着草酸钠浓度增加，反应速率降；证明C2O42-浓度越大，反应速率越小。（实验方案包括：目的，操作，现象，结论）

【解析】

(1)根据元素守恒知，生成物中生成水，根据转移电子守恒、原子守恒配平方程式；
(2)一般来说，其他条件相同时，增大反应物浓度，反应速率增大，但表格数据草酸浓度大时速率小；
(3)①图象描述的是当草酸浓度小于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而减小，当草酸浓度大于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而增加，据此进行分析；
②据MO变化趋势，得出反应速率随着草酸浓度增加而减小，可能原因是KMnO4与H2C2O4反应是分步进行的，反应过程中生成Mn(VI)、Mn(III)、Mn(IV)，最终变为无色的Mn(II)，以及草酸根易与不同价态锰离子形成较稳定的配位化合物，据此进行分析；

(4)该实验中的变值为H+浓度；
(5)当草酸浓度较小时，C2O42-起主要作用，草酸浓度越大，反应速率越小；当草酸浓度较大时，H+起主要作用，使得草酸浓度越大，反应速率越大。
为验证C2O42-对反应速率的影响，保持高锰酸钾与硫酸溶液浓度不变，增加草酸钠的浓度。

(1)酸性条件下高锰酸根离子和草酸根离子发生氧化还原反应，根据元素守恒知，生成物中生成水，该反应中Mn元素化合价由+7价变为+2价、C元素化合价由+3价变为+4价，转移电子数为10，根据转移电子守恒、原子守恒配平方程式得2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，故答案为：5；16H+；10；8；
(2)在当前实验条件下，当高锰酸钾一定时，增大草酸浓度，反应时间延长，故得到的结论是在当前实验条件下，增大草酸浓度，反应速率减小，故答案为：在当前实验条件下，增大草酸浓度，反应速率减小；

(3)①当草酸浓度小于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而减小，当草酸浓度大于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而增加，故答案为：当草酸浓度小于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而减小，当草酸浓度大于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而增加；

②MO变化趋势，得出反应速率随着草酸浓度增加而减小，可能原因是KMnO4与H2C2O4反应是分步进行的，反应过程中生成Mn(VI)、Mn(III)、Mn(IV)，最终变为无色的Mn(II)，以及草酸根易与不同价态锰离子形成较稳定的配位化合物，故答案为：ab；
(4)该小组进行实验III中控制的变量是氢离子浓度，加入硫酸钠固体是为了保证硫酸根离子浓度一致，目的是探究其他离子浓度不变，溶液中H+浓度对反应速率的影响，故答案为：探究其他离子浓度不变，溶液中H+浓度对反应速率的影响；
(5)综合实验I、II、III，可推测出造成曲线MN变化趋势的原因是：当草酸浓度较小时，C2O42-起主要作用，草酸浓度越大，反应速率越小；当草酸浓度较大时，H+起主要作用，使得草酸浓度越大，反应速率越大；
为验证C2O42-对反应速率的影响，应保持高锰酸钾与硫酸溶液浓度不变，增加草酸钠的浓度，记录反应速率；若随着草酸钠浓度增加，反应速率降低；证明C2O42-浓度越大，反应速率越小；

故答案为：当草酸浓度较小时，C2O42-起主要作用，草酸浓度越大，反应速率越小；当草酸浓度较大时，H+起主要作用，使得草酸浓度越大，反应速率越大；

为验证C2O42-对反应速率的影响，保持高锰酸钾与硫酸溶液浓度不变，增加草酸钠的浓度，记录反应速率；若随着草酸钠浓度增加，反应速率降低；证明C2O42-浓度越大，反应速率越小（实验方案包括：目的，操作，现象，结论）。