Question

草酸是一种重要的试剂。下面是利用草酸探究浓度对反应速率影响的实验。

（1）为证明浓度对反应速率的影响，曾有教科书《化学反应原理》设计了如下实验：取两支试管，各加入4mL0.01mol·L^-1的KMnO₄酸性溶液，分别向其中加入0.1 mol·L^-1、0.2 mol·L^-1 H₂C₂O₄溶液2mL，记录溶液褪色所需时间。

实验中发生反应的离子方程式为：      ；

预期现象是：

①溶液的颜色由      色变为      色，

②其中加入      mol·L^-1H₂C₂O₄的那支试管中的溶液先变色。

然而实验结果并不尽如人意。实验过程颜色复杂，且褪色先缓慢，后逐渐加快；最大的问题是草酸浓度大，反应速率却更慢。

本实验能否作为课堂实验研究浓度对化学反应速率的影响？适宜的条件是怎样的？某校一研究小组对此进行了探究。下面是他们的实验报告的一部分：

表1　试验安排及结果

实验 编号	A（KMnO4溶液浓度/mol·L-1）	B（草酸溶液浓度/mol·L-1）	C（硫酸溶液浓度/mol·L-1）	褪色时间/s
1	3	3	1	336
2	1	2	3	82
3	3	1	3	76
4	1	3	2	133
5	2	3	3	102
6	3	2	2	156
7	2	2	1	300
8	2	1	2	115
9	1	1	1	200

 

应用SPSS16.0对正交试验结果进行方差分析，结果如下表

表2　各因素水平的数据处理结果

	A（KMnO4溶液）	B（草酸溶液）	C（硫酸溶液）
浓度/mol·L-1	0.005	0.010	0.015	0.1	0.5	0.9	6	12	18
平均褪色时间/s	138.3	172.3	189.3	130.3	179.3	190.3	278.7	134.7	86.7

 

（2）由表2可知，三因素中，      的浓度（选填“A、B或C”，下空同）对反应速率影响显著，而      的浓度对反应速率的影响不显著。

（3）由表2可知，当高锰酸钾浓度为      mol·L^-1、草酸浓度为      mol·L^-1时，反应最快。即因素A、B的较适宜实验条件得以确定。

根据以上实验结果，该小组同学继续探究硫酸的浓度是怎样影响本反应速率的，测得如下实验结果：

表3　不同硫酸浓度下的褪色时间

c(H2SO4)/mol·L-1	18	16	14	12	10	8	6
褪色时间/s	67	83	90	103	129	146	200

 

（4）根据课堂实验的合适时间，可选溶液的褪色时间约为1分钟和2分钟的两份溶液，即此时硫酸的浓度为      mol·L^-1和      mol·L^-1，这也有利于观察这两个反应速率的差异。

结论：草酸与酸性高锰酸钾溶液的反应，可作为课堂实验探究浓度对反应速率的影响。

 

Answer 1

【答案】

（14分）

（1）2MnO₄^－＋5H₂C₂O₄＋6H^＋＝2Mn^2＋＋10CO₂↑＋8H₂O（3分）

紫色（或紫红色）（1分）；无（1分）；0.2（2分）

（2）C（硫酸）    A（高锰酸钾）和B（草酸）（各1分，共3分）

（3）0.005 ， 0.1（各1分，共2分）；

（4）18，10（各1分，共2分）

【解析】

试题分析：

（1）高锰酸钾具有氧化性、草酸具有还原性，MnO₄^-将H₂C₂O₄氧化为CO₂气体，本身被还原为Mn²⁺，根据得失电子相等、电荷守恒、质量守恒配平。MnO₄^-呈紫色，反应后溶液为无色。增大反应物浓度，反应速率加快。

（2）由表2可知，硫酸浓度对反应速率影响显著；而高锰酸钾和草酸浓度对反应速率影响不明显。

（3）当高锰酸钾溶液浓度为0.005 mol·L^-1、草酸溶液浓度为0.01 mol·L^-1时反应速率最快。

（4）褪色时间1分钟和2分钟即60s和120s，对应的浓度分别为18 mol·L^-1和10 mol·L^-1。

考点： 离子方程式  实验数据的分析