Question

9．已知用硫酸酸化的草酸（H₂C₂O₄）溶液能与KMnO₄溶液反应．某化学小组研究发现，少量MnSO₄可对该反应起催化作用．为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：
（1）常温下，探究不同的初始pH和草酸溶液浓度对反应速率的影响，设计如下实验，则A=2，C=50，E=10

实验编号	温度	初始pH	0.1mol/L草酸溶液体积/mL	0.01mol/LKMnO4 溶液体积/mL	蒸馏水体积/mL	待测数据（混合液褪色时间/s）
①	常温	1	20	50	30	t1
②	常温	A	B	C	30	t2
③	常温	2	40	D	E	t3

（2）该反应的离子方程式5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂+2Mn²⁺+8H₂O．
（3）若t₁＜t₂，则根据实验①和②得到的结论是其他条件相同时，溶液的初始pH越小，该反应的反应速率越快．
（4）小组同学发现每组实验反应速率随时间的变化总是如图，其中t₁～t₂时间内速率变快的主要原因可能是：
①该反应放热；②产物Mn²⁺是反应的催化剂．
（5）化学小组用滴定法测定KMnO₄溶液物质的量浓度：取ag草酸晶体（H₂C₂O₄•2H₂O，摩尔质量126g/mol）溶于水配成250mL溶液，取25.00mL溶液置于锥形瓶中，加入适量稀H₂SO₄酸化，再用KMnO₄溶液滴定至终点，重复滴定三次，平均消耗KMnO₄溶液VmL．滴定到达终点的现象是：滴入最后一滴KMnO4溶液，溶液呈浅紫红色，且30秒内不恢复；实验中所需的定量仪器有托盘天平、250mL容量瓶、酸式滴定管（填仪器名称）．该KMnO₄溶液的物质的量浓度为$\frac{20a}{63V}$mol/L．

Answer 1

分析 （1）根据该实验探究不同的初始pH和草酸溶液浓度对反应速率的影响，所以KMnO₄的浓度不变，探究外界条件对反应速率的影响，需保证其他条件相同时来实验；
（2）草酸与高锰酸钾反应是锰离子和二氧化碳、水；
（3）实验①和②只有pH不同，其它条件都相同；
（4）根据外界条件对化学反应速率的影响；
（5）草酸反应完毕，加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液变为红色，红色30s内不褪去，说明滴定到终点；
根据称量固体用天平、配制溶液用容量瓶、量取液体用滴定管分析；
先求出醋酸的浓度，再由关系式2KMnO₄～5H₂C₂O₄计算．

解答 解：（1）根据该实验探究不同的初始pH和草酸溶液浓度对反应速率的影响，实验要求控制KMnO₄溶液初始浓度相同，则KMnO₄溶液的体积为50mL，总体积为100mL，则C=50，D=50，B=20，E=10，探究外界条件对反应速率的影响，需保证其他条件相同，则①与②的pH不同，②与③的草酸浓度不同，
则A=2，
故答案为：2；50；10；
（2）草酸与高锰酸钾反应是锰离子和二氧化碳、水，其反应的离子方程式为：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
故答案为：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
（3）实验①和②只有pH不同，其它条件都相同，而且t₁＜t₂，说明其他条件相同时，溶液的初始pH越小，该反应的反应速率越快；
故答案为：其他条件相同时，溶液的初始pH越小，该反应的反应速率越快；
（4）对于该反应，影响化学反应的速率只有温度和催化剂，所以反应速率随时间的变化总是如图，其中t₁～t₂时间内速率变快的主要原因可能是：反应放热，温度升高或产物Mn²⁺是反应的催化剂；
故答案为：该反应放热；产物Mn²⁺是反应的催化剂；
（5）高锰酸钾本身有颜色，故不需要另加指示剂，草酸反应完毕，加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液变为红色，红色30s内不褪去，说明滴定到终点；
称量固体用托盘天平、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
由关系式   2KMnO₄ ～5H₂C₂O₄
           2            5
   cmol•L^-1×V×10^-3L   $\frac{4a}{126}$mol/L×25×10^-3mol
c=$\frac{\frac{4a}{126}×25×1{0}^{-3}×\frac{2}{5}}{V×1{0}^{-3}}$mol/L=$\frac{20a}{63V}$mol/L，
故答案为：加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液变为红色，且30s内红色不褪去；托盘天平、250mL容量瓶、（酸式）滴定管；$\frac{20a}{63V}$；

点评 本题主要结合实验考查了影响化学反应速率的因素，题目难度中等，注意温度、浓度、催化剂对化学反应速率的影响，在探究外界条件对反应速率的影响时，必须保证其他影响反应速率的条件一致．