Question

12．某小組利用H₂C₂O₄溶液和酸性KMnO₄溶液反應(yīng)來探究“條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響”，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	室溫下，試管中所加試劑及其用量/mL				室溫下溶液顏色褪至無色所需時(shí)間/min
	0.6 mol/L H2C2O4溶液	H2O	0.2 mol/L KMnO4溶液	3 mol/L稀硫酸
1	3.0	4.0	1.0	2.0	6.4
2	3.0	3.0	2.0	2.0	5.2
3	3.0	2.0	3.0	2.0	4.0

請(qǐng)回答：
（1）已知KMnO₄酸性溶液與H₂C₂O₄溶液反應(yīng)有CO₂生成，用化學(xué)方程式表示該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O．
（2）根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得到的結(jié)論是其他條件相同時(shí)，增大KMnO₄濃度，反應(yīng)速率增大．
（3）利用實(shí)驗(yàn)3中數(shù)據(jù)計(jì)算，用KMnO₄的濃度變化表示的反應(yīng)速率為v（KMnO₄）=1.5×10^-2mol/（L•min）．
（4）該小組同學(xué)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)繪制了n（Mn²⁺）隨時(shí)間變化趨勢(shì)的示意圖，如圖1所示．但有同學(xué)查閱已有的實(shí)驗(yàn)資料發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)過程中n（Mn²⁺）隨時(shí)間變化的趨勢(shì)應(yīng)如圖2所示．

該小組同學(xué)根據(jù)圖2所示信息提出了新的假設(shè)，并繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．
①該小組同學(xué)提出的假設(shè)是生成物中的MnSO₄為該反應(yīng)的催化劑（或Mn²⁺對(duì)該反應(yīng)有催化作用）．
②請(qǐng)你幫助該小組同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)方案，并填寫表中空白．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	室溫下，試管中所加試劑及其用量/mL				再向試管中加入少量固體	室溫下溶液顏色褪至無色所需時(shí)間/min
	0.6 mol/L H2C2O4溶液	H2O	0.2 mol/L KMnO4溶液	3 mol/L稀硫酸
4	3.0	2.0	3.0	2.0		t

③若該小組同學(xué)提出的假設(shè)成立，應(yīng)觀察到的現(xiàn)象是與實(shí)驗(yàn)1比較，溶液褪色所需時(shí)間短（或所用時(shí)間（t）小于4min）．

Answer 1

分析 （1）在稀硫酸中，KMnO₄能將H₂C₂O₄氧化為CO₂，本身被還原生成硫酸錳，Mn元素由+7價(jià)降低為+2價(jià)；
（2）從表中數(shù)據(jù)可知改變的條件是KMnO₄濃度，根據(jù)高錳酸鉀溶液溶液濃度不同對(duì)反應(yīng)速率的影響進(jìn)行解答；
（3）先根據(jù)草酸和高錳酸鉀的物質(zhì)的量判斷過量，然后根據(jù)不足量及反應(yīng)速率表達(dá)式計(jì)算出反應(yīng)速率；
（4）①由圖乙可知反應(yīng)開始后錳離子濃度增大，反應(yīng)速率增加的比較快，所以探究的是硫酸鎂在反應(yīng)中的作用；
②作對(duì)比實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了加入MnSO₄不同外，其它量完全相同，據(jù)此進(jìn)行解答；
③若反應(yīng)加快，說明Mn²⁺是催化劑，反應(yīng)過程中溶液褪色時(shí)間減少．

解答 解：（1）在稀硫酸中，KMnO₄能將H₂C₂O₄氧化為CO₂，本身被還原生成硫酸錳，該反應(yīng)為2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O，
故答案為：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O；
（2）從表中數(shù)據(jù)可知改變的條件是KMnO₄濃度；其他條件相同時(shí)，增大KMnO₄濃度，反應(yīng)速率增大，
故答案為：其他條件相同時(shí)，增大KMnO₄濃度反應(yīng)速率增大； 
（3）草酸的物質(zhì)的量為：0.6mol•L^-1×0.003L=0.0018mol，高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：0.2mol•L^-1×0.003L=0.0006mol，草酸和高錳酸鉀的物質(zhì)的量之比為：0.0018mol：0.0006mol=3：1，顯然草酸過量，高錳酸鉀完全反應(yīng)，混合后溶液中高錳酸鉀的濃度為：$\frac{0.2mol/L×0.003L}{（3+2+3+2）×1{0}^{-3}L}$=0.06mol/L，
這段時(shí)間內(nèi)平均反應(yīng)速率v（KMnO₄）=$\frac{0.06mol/L}{4min}$=1.5×10^-2 mol/（L•min），
故答案為：1.5×10^-2 mol/（L•min）；
（4）①由圖乙可知反應(yīng)開始后速率增大的比較快，說明生成物中的MnSO₄（或Mn²⁺）為該反應(yīng)的催化劑，
故答案為：生成物中的MnSO₄為該反應(yīng)的催化劑（或Mn²⁺對(duì)該反應(yīng)有催化作用）；
②與實(shí)驗(yàn)1作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，則加入的硫酸錳的量不同，其它條件必須相同，所以加入的少量固體為MnSO₄，
故答案為：MnSO₄；
③若該小組同學(xué)提出的假設(shè)成立，則反應(yīng)速率加快，溶液褪色的時(shí)間小于4min，從而說明Mn²⁺是催化劑，
故答案為：與實(shí)驗(yàn)1比較，溶液褪色所需時(shí)間短（或所用時(shí)間（t）小于4min）．

點(diǎn)評(píng) 本題主要結(jié)合實(shí)驗(yàn)考查了影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素、電解原理，題目難度中等，注意掌握溫度、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，解題關(guān)鍵是對(duì)比分析圖表中的數(shù)據(jù)找出相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，然后得出合理結(jié)論．