Question

某探究小组用KMnO₄酸性溶液与H₂C₂O₄溶液反应过程中溶液紫色消失的方法，研究影响反应速率的因素．实验条件作如下限定：所用KMnO₄酸性溶液的浓度可选择0.01mol?L^-1、0.001mol?L^-1，催化剂的用量可选择0.5g、0g，实验温度可选择298K、323K．每次实验KMnO₄酸性溶液的用量均为4mL、H₂C₂O₄溶液（0.1mol?L^-1）的用量均为2mL．
（1）配平化学方程式：

 

KMnO₄+

 

H₂C₂O₄+

 

H₂SO₄→

 

K₂SO₄+

 

MnSO₄+

 

CO₂+

 

H₂O
（2）请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：

实验编号	T/K	催化剂的用量/g	KMnO4酸性溶液的浓度/mol?L-1	实验目的
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）实验①和②探究KMnO4酸性溶液的浓度对该反应速率的影响； （Ⅱ）实验①和③探究温度对该反应速率的影响； （Ⅲ）实验①和   探究催化剂对该反应速率的影响
②
③
④		0

（3）在完成探究催化剂对该反应速率影响的实验时发现，未加催化剂的情况下，刚开始一段时间，反应速率较慢，溶液褪色不明显，但不久后突然褪色，反应速率明显加快．
针对上述实验现象，同学认为高锰酸钾与草酸溶液的反应放热，导致溶液温度升高，反应速率加快，从影响化学反应速率的因素看，你猜想还可能是

 

若用实验证明你的猜想．除酸性高锰酸钾溶液，草酸溶液外，还需要选择的试剂最合理的是

 

A．硫酸钾   B．硫酸锰   C．二氧化锰   D．水
（4）某同学对实验①和②分别进行三次实验，测得以下实验数据（从混合振荡均匀开始计时）：

KMnO4酸性溶液 的浓度/mol?L-1	溶液褪色所需时间 t/min
	第1次	第2次	第3次
0.01	14	13	11
0.001	6	7	7

计算用0.001 mol?L^-1 KMnO₄酸性溶液进行实验时KMnO₄的平均反应速率

 

（忽略混合前后溶液体积的变化）．
（5）若不经过计算，直接看表中的褪色时间长短来判断浓度大小与反应速率的关系是否可行？

 

．若不可行（若认为可行则不填），请设计可以通过直接观察褪色时间长短来判断的改进方案

 

．

Answer 1

考点：探究影响化学反应速率的因素

专题：实验设计题

分析：（1）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，根据转移电子守恒、原子守恒配平方程式；
（2）根据实验的目的和影响化学反应速率的因素来设计实验；
（3）根据反应开始锰离子浓度较小，反应过程中锰离子浓度逐渐增大分析；选择含有锰离子的试剂进行验证；
（4）根据0.01KMnO₄酸性溶液前后三次褪色时间差距较大，应舍去，所以用0.001KMnO₄酸性溶液三次褪色来计算：先求出反应开始时c（KMnO₄），然后求出三次褪色的平均时间，最后根据ν（KMnO₄）=

△c

△t

来求解；
（5）因颜色是由KMnO4产生，虽然KMnO4浓度大反应快，但KMnO4的量也多，故无法比较；如果想通过直接观察褪色时间长短来判断必须保证高锰酸钾的体积与浓度相同．

解答： 解：（1）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，其转移电子总数为10，根据转移电子守恒知，KMnO₄的计量数是2、H₂C₂O₄的计量数是5，再根据原子守恒得方程式为2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═1K₂SO₄+10CO₂↑+2MnSO₄+8H₂O，
故答案为：2；5；3；1；10；2；8；
（2）由实验目的可知，探究浓度、温度、接触面积对化学反应速率的影响，则实验①②的温度、催化剂的用量相同，只有浓度不同；实验①③中只有温度不同，其他条件相同；实验①④中只有催化剂的用量不同，其他条件相同，故答案为：

实验编号	T/K	催化剂的用量/g	KMnO4酸性溶液的浓度/mol?L-1	实验目的
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）实验①和②探究KMnO4酸性溶液的浓度对该反应速率的影响； （Ⅱ）实验①和③探究温度对该反应速率的影响； （Ⅲ）实验①和④探究催化剂对该反应速率的影响
②	298	0.5	0.001
③	323	0.5	0.01
④	298	0	0.01

（3）影响反应速率的因素除了温度，还有可能为催化剂的影响，反应中锰离子浓度逐渐增大，锰离子可能起到了催化剂的作用，使反应速率加快；若用实验证明猜想，除高锰酸钾溶液、草酸溶液、稀硫酸外，还需要选择能够改变锰离子浓度的试剂，如硫酸锰，
故答案为：生成的Mn²⁺催化反应的进行；B；
（4）反应开始时：c（KMnO₄）=

0.001mol/L×0.004L

0.004L+0.002L

=0.00067 mol?L^-1
反应时间：△t=

6min+7min+7min

3

=6.7min   
KMnO₄的平均反应速率：
ν（KMnO₄）=

△c

△t

=

0.00067mol/L

6.7min

=1×10^-4 mol?L^-1?min^-1
故答案为：1×10^-4 mol?L^-1?min^-1．
 （5）由题中数据知浓度大的褪色时间反而长，因颜色是由KMnO₄产生，虽然KMnO₄浓度大反应快，但KMnO₄的量也多，故无法比较，故不经过计算直接利用表中的褪色时间长短来判断浓度大小与反应速率的关系是不可行的；所以若想通过直接观察褪色时间长短来判断溶液浓度的大小，则必须保证KMnO₄酸性溶液的浓度相同，才能判断H₂C₂O₄溶液浓度的大小．
故答案为：不可行；取过量的体积相同、浓度不同的草酸溶液分别与体积相同、浓度相同的高锰酸钾酸性溶液反应，观察溶液褪色的情况．

点评：本题主要结合实验考查了外界条件对化学反应速率的影响，反应速率的计算，培养了学生分析问题、解决问题的能力．