Question

【題目】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+，草酸被氧化成CO2某課題組研究發(fā)現(xiàn)，少量鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可對(duì)該反應(yīng)起催化作用。為進(jìn)一步研究有關(guān)因素對(duì)該反應(yīng)速率的影響，探究如下：

（1）在25 ℃下，控制光照強(qiáng)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(duì)比實(shí)驗(yàn)，完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表(表中不要留空格)。

①和②溶液中的Cr2O72–濃度隨時(shí)間變化關(guān)系如圖所示。

（2）上述反應(yīng)中參加反應(yīng)的Cr2O72–與草酸的物質(zhì)的量之比為_____________。

（3）實(shí)驗(yàn)①和②的結(jié)果表明______________________________________；實(shí)驗(yàn)①中0～t1時(shí)間段反應(yīng)速率v(Cr3+)＝__________________________________(用代數(shù)式表示)。

（4）該課題組對(duì)鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假設(shè)，請(qǐng)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(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述假設(shè)一，完成下表中內(nèi)容。[除了上述實(shí)驗(yàn)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(cè)定。]

實(shí)驗(yàn)方案(不要求寫具體操作過程)	預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論

Answer 1

【答案】（1）20 （2）1︰3 （3）溶液pH對(duì)該反應(yīng)的速率有影響（或溶液pH越小，反應(yīng)速率越大）；mol·L–1·min–1

（4）Al3＋起催化作用，SO42–起催化作用（調(diào)換順序亦可） （5）

實(shí)驗(yàn)方案(不要求寫具體操作過程)	預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論
用等物質(zhì)的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替實(shí)驗(yàn)①中的鐵明礬，控制其他條件與實(shí)驗(yàn)①相同，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)	反應(yīng)進(jìn)行相同時(shí)間后，若溶液中c(Cr2O72–)大于實(shí)驗(yàn)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（2分）

【解析】

試題分析：（1）①②中pH不同，是探究pH對(duì)速率的影響；則②③是探究不同濃度時(shí)草酸對(duì)速率的影響，由于總體積是100mL，所以草酸溶液的體積為20mL。

（2）反應(yīng)中Cr元素的化合價(jià)從＋6價(jià)降低到＋3價(jià)，得到3個(gè)電子，草酸中碳元素的化合價(jià)從＋3價(jià)升高到＋4價(jià)，失去1個(gè)電子，則根據(jù)得失電子守恒可知上述反應(yīng)中參加反應(yīng)的Cr2O72-與草酸的物質(zhì)的量之比為1：3；

（3）由實(shí)驗(yàn)①②表明溶液pH越小，反應(yīng)的速率越快，所以溶液pH對(duì)該反應(yīng)的速率有影響；根據(jù)圖像以及Cr原子守恒可知實(shí)驗(yàn)①中0～t1時(shí)間段反應(yīng)速率v(Cr3＋)＝mol·L－1·min－1；

（4）根據(jù)鐵明礬[Al2Fe（SO4）424H2O]組成分析，Al3+起催化作用；SO42-也可能催化作用；

（5）要證明Fe2+起催化作用，需做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，再做沒有Fe2+存在時(shí)的實(shí)驗(yàn)，所以要選K2SO4Al2（SO4）324H2O；用等物質(zhì)的量K2SO4Al2（SO4）324H2O代替實(shí)驗(yàn)①中的鐵明礬，控制其他反應(yīng)條件與實(shí)驗(yàn)①相同，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)進(jìn)行相同時(shí)間后，若溶液中c（Cr2O72-）大于實(shí)驗(yàn)①中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。