Question

某探究小組用KMnO₄酸性溶液與H₂C₂O₄溶液反應(yīng)過程中溶液紫色消失的方法，研究影響反應(yīng)速率的因素。實(shí)驗(yàn)條件作如下限定：所用KMnO₄酸性溶液的濃度可選擇0.01 mol?L^-1、0.001 mol?L^-1， 催化劑的用量可選擇0.5g、0g，實(shí)驗(yàn)溫度可選擇298K、323K。每次實(shí)驗(yàn)KMnO₄酸性溶液的用量均為4 mL、H₂C₂O₄溶液（0.1 mol?L^-1）的用量均為2mL。
（1）配平化學(xué)方程式：
______KMnO₄ +____H₂C₂O₄ +_____H₂SO₄ → ____K₂SO₄ +_____MnSO₄ +_____CO₂ +______H₂O
（2）請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，并在實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧?duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/K	催化劑的用量/ g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br />
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和______探究催化劑對(duì)該反應(yīng)速率的影響
②
③
④		0

（3）在完成探究催化劑對(duì)該反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，未加催化劑的情況下，剛開始一段時(shí)間，反應(yīng)速率較慢，溶液褪色不明顯，但不久后突然褪色，反應(yīng)速率明顯加快。
針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同學(xué)認(rèn)為高錳酸鉀與草酸溶液的反應(yīng)放熱，導(dǎo)致溶液溫度升高，反應(yīng)速率加快，從影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素看，你猜想還可能是________________
若用實(shí)驗(yàn)證明你的猜想。除酸性高錳酸鉀溶液，草酸溶液外，還需要選擇的試劑最合理的是_______
A．硫酸鉀   B．硫酸錳   C．二氧化錳   D．水
（4）某同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)①和②分別進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)，測(cè)得以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（從混合振蕩均勻開始計(jì)時(shí)）：

KMnO4酸性溶液 的濃度 / mol?L-1	溶液褪色所需時(shí)間 t / min
	第1次	第2次	第3次
0.01	14	13	11
0.001	6	7	7

計(jì)算用0.001 mol?L^-1 KMnO₄酸性溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)KMnO₄的平均反應(yīng)速率                 （忽略混合前后溶液體積的變化）。
（4） 若不經(jīng)過計(jì)算，直接看表中的褪色時(shí)間長(zhǎng)短來判斷濃度大小與反應(yīng)速率的關(guān)系是否可行？_________。若不可行（若認(rèn)為可行則不填），請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)可以通過直接觀察褪色時(shí)間長(zhǎng)短來判斷的改進(jìn)方案_____________________________________

Answer 1

（11分）(1) 配平化學(xué)方程式：（2分，全對(duì)才給分）
2KMnO₄ +5H₂C₂O₄ +3H₂SO₄ → 1K₂SO₄ +2MnSO₄ +10CO₂ +8H₂O
(1) 請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，并在實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧?duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)：（每一行1分，共3分）

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/K	催化劑的用量/ g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br />
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究催化劑對(duì)該反應(yīng)速率的影響
②	298	0.5	0.001
③	323	0.5	0.01
④	298	0	0.01

（3）生成的Mn²⁺催化反應(yīng)的進(jìn)行（1分），B（1分）
（4）1×10^-4mol/L.min （1分） 
（5）不可行（1分）。取過量的體積相同、濃度不同的草酸溶液分別同時(shí)與體積相同、濃度相同的KMnO₄溶液反應(yīng)（2分）

試題分析：（1）在酸性條件下，高錳酸根離子能和草酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二價(jià)錳離子、二氧化碳和水，根據(jù)電子的得失守恒可知，離子方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O。
（2）要得出反應(yīng)物濃度、溫度、催化劑對(duì)反應(yīng)速率影響的結(jié)論至少要完成：①取不同濃度KMnO₄溶液，在相同溫度下進(jìn)行反應(yīng)；②取同濃度KMnO₄溶液，在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)；③取同濃度KMnO₄溶溶，在同溫度且有催化劑的條件下進(jìn)行反應(yīng)；④取同濃度KMnO₄溶液，在同溫度且不使用催化劑的條件下進(jìn)行反應(yīng)等3個(gè)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行對(duì)比。
（3）根據(jù)反應(yīng)的方程式可知，生成物中有Mn²⁺生成，這說明引起反應(yīng)速率加快的原因還可能是生成的Mn²⁺催化反應(yīng)的進(jìn)行，據(jù)此可知，如果要驗(yàn)證假設(shè)，則可以選擇試劑硫酸錳，答案選B。
（4）①反應(yīng)開始時(shí)：c（KMnO₄）＝，反應(yīng)時(shí)間：△t＝（6min+7min+7min）÷3＝6.7min，所以KMnO₄的平均反應(yīng)速率ν（KMnO₄）＝。
②由題中數(shù)據(jù)知濃度大的褪色時(shí)間反而長(zhǎng)，因顏色是由KMnO₄產(chǎn)生，雖然KMnO₄濃度大反應(yīng)快，但KMnO₄的量也多，故無法比較，故不經(jīng)過計(jì)算直接利用表中的褪色時(shí)間長(zhǎng)短來判斷濃度大小與反應(yīng)速率的關(guān)系是不可行的；所以若想通過直接觀察褪色時(shí)間長(zhǎng)短來判斷溶液濃度的大小，則必須保證KMnO₄酸性溶液的濃度相同，才能判斷H₂C₂O₄溶液濃度的大小，即取過量的體積相同、濃度不同的草酸溶液分別同時(shí)與體積相同、濃度相同的高錳酸鉀酸性溶液反應(yīng)。
點(diǎn)評(píng)：該題是高考中的常見題型，所以中等難度的試題。試題綜合性強(qiáng)，側(cè)重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和膠體方法的指導(dǎo)與訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)能力，有利于提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。該類試題綜合性強(qiáng)，理論和實(shí)踐的聯(lián)系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學(xué)生必須認(rèn)真、細(xì)致的審題，聯(lián)系所學(xué)過的知識(shí)和技能，進(jìn)行知識(shí)的類比、遷移、重組，全面細(xì)致的思考才能得出正確的結(jié)論。