Question

某酸性工業(yè)廢水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能將其中的Cr2O72—轉(zhuǎn)化為Cr3＋。某課題組研究發(fā)現(xiàn)，少量鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可對該反應(yīng)起催化作用。為進一步研究有關(guān)因素對該反應(yīng)速率的影響，探究如下：

(1)在25 ℃下，控制光照強度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調(diào)節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，做對比實驗，完成以下實驗設(shè)計表(表中不要留空格)。

實驗編號	初始pH	廢水樣品體積/mL	草酸溶液體積/mL	蒸餾水體積/mL
①	4	60	10	30
②	5	60	10	30
③	5	60

 

 

測得實驗①和②溶液中的Cr2O72—濃度隨時間變化關(guān)系如圖所示。

(2)上述反應(yīng)后草酸被氧化為________(填化學(xué)式)。

(3)實驗①和②的結(jié)果表明________；實驗①中0～t1時間段反應(yīng)速率v(Cr3＋)＝________mol·L－1·min－1(用代數(shù)式表示)。

(4)該課題組對鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假設(shè)，請你完成假設(shè)二和假設(shè)三：

假設(shè)一：Fe2＋起催化作用：

假設(shè)二：________；

假設(shè)三：________；

……

(5)請你設(shè)計實驗驗證上述假設(shè)一，完成下表中內(nèi)容。

(除了上述實驗提供的試劑外，可供選擇的藥品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O72—的濃度可用儀器測定)

實驗方案(不要求寫具體操作過程)

預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論

 

 

Answer 1

(1)

實驗編號	初始pH	廢水樣品體積/mL	草酸溶液體積/mL	蒸餾水體積/mL
3			20	20

 

(2)CO2

(3)溶液pH對該反應(yīng)的速率有影響　

(4)Al3＋起催化作用　SO42—起催化作用

(5)

實驗方案(不要求寫具體操作過程)	預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論
用等物質(zhì)的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他條件與實驗①相同，進行對比實驗	反應(yīng)進行相同時間后，若溶液中c(Cr2O72—)大于實驗①中的c(Cr2O72—)則假設(shè)一成立，若兩溶液中的c(Cr2O72—)相同，則假設(shè)一不成立

 

【解析】(1)根據(jù)題意要求，調(diào)節(jié)不同初始pH和一定濃度草酸溶液用量，做對比實驗，由此可知實驗③改變的是草酸溶液用量，但應(yīng)保持溶液總體積不變。(2)草酸中碳的化合價為＋3價，與強氧化性物質(zhì)K2Cr2O7反應(yīng)后，草酸應(yīng)被氧化為CO2。(3)根據(jù)實驗①、②的曲線對比，在相同草酸用量不同pH時，反應(yīng)速率不同，所以pH對該反應(yīng)有一定的影響；在0～t1時間段內(nèi)，v(Cr2O72—)＝mol·L－1·min－1，由Δc(Cr3＋)＝2Δc(Cr2O72—)所以v(Cr3＋)＝ mol·L－1·min－1。(4)根據(jù)鐵明礬組成離子可知，起催化作用的離子可能為Fe2＋、Al3＋、SO42—。(5)可通過在其他條件不變時，加入等物質(zhì)的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O替代實驗中的鐵明礬，此時溶液中不存在Fe2＋，但仍存在SO42—和Al3＋，通過測定c(Cr2O72—)看是否仍然有催化效果來判斷。

(本題屬于開放性試題合理答案均可)