Question

6．某探究小組用酸性KMnO₄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：催化劑的用量可選擇0.5g、0g，酸性KMnO₄溶液的濃度可選擇0.01mol•L^-1、0.001mol•L^-1，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4mL，H₂C₂O₄溶液（0.1mol•L^-1 ）的用量均為2mL．
（1）該反應(yīng)的離子方程式：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
（2）請完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，并在實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧��?yīng)的實(shí)驗(yàn)編號：

實(shí)驗(yàn)編號	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?/TD>
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究酸性KMnO4溶液的濃度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究催化劑對該反應(yīng)速率的影響
②
③
④

（3）在完成探究催化劑對該反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，未加催化劑的情況下，剛開始一段時間，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，你猜想還可能是生成的Mn²⁺催化反應(yīng)的進(jìn)行．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B．
A．硫酸鉀      B．硫酸錳      C．二氧化錳      D．水
（4）可以利用酸性高錳酸鉀測定某草酸鈉（Na₂C₂O₄）樣品中草酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．該小組稱量2.68g草酸鈉樣品溶于稀硫酸中，然后用0.2000mol•L^-1的酸性高錳酸鉀溶液進(jìn)行滴定（其中的雜質(zhì)不跟高錳酸鉀和稀硫酸反應(yīng) ）．
①滴定前是否要滴加指示劑？否（填“是”或“否”），當(dāng)溶液由無色變?yōu)樽霞t色，且在半分鐘內(nèi)不褪色，說明滴定達(dá)到終點(diǎn)．
②滴定時用b（填a或b ）滴定管盛裝KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液．
③達(dá)到終點(diǎn)時消耗了15.00mL的高錳酸鉀溶液，樣品中草酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.5%．

Answer 1

分析 （1）該反應(yīng)中Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)變?yōu)?2價(jià)，C元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)（MnO₄^-→Mn²⁺，H₂C₂O₄→CO₂），根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒、電荷守恒寫出離子方程式；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；
（3）根據(jù)反應(yīng)開始錳離子濃度較小，反應(yīng)過程中錳離子濃度逐漸增大分析；選擇含有錳離子的試劑進(jìn)行驗(yàn)證；
（4）①根據(jù)酸性高錳酸鉀溶液為紫紅色，過程中不需要加指示劑；
②根據(jù)酸性高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性；
③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)反應(yīng)計(jì)算．

解答 解：（1）該反應(yīng)中Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)變?yōu)?2價(jià)，MnO₄^-→Mn²⁺，H₂C₂O₄是弱酸，不能拆，其中C元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，H₂C₂O₄→CO₂，其轉(zhuǎn)移電子總數(shù)為10，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒知，MnO₄^-的計(jì)量數(shù)是2、H₂C₂O₄的計(jì)量數(shù)是5，再根據(jù)電荷守恒、原子守恒得離子方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
（2）由實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍�，探究濃度、溫度、接觸面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，則實(shí)驗(yàn)①②的溫度、催化劑的用量相同，只有濃度不同；實(shí)驗(yàn)①③中只有溫度不同，其他條件相同；實(shí)驗(yàn)①④中只有催化劑的用量不同，其他條件相同，故答案為：

實(shí)驗(yàn)編號	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?/TD>
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究催化劑對該反應(yīng)速率的影響
②	298	0.5	0.001
③	323	0.5	0.01
④	298	0	0.01

（3）影響反應(yīng)速率的因素除了溫度，還有可能為催化劑的影響，反應(yīng)中錳離子濃度逐漸增大，錳離子可能起到了催化劑的作用，使反應(yīng)速率加快；若用實(shí)驗(yàn)證明猜想，除高錳酸鉀溶液、草酸溶液、稀硫酸外，還需要選擇能夠改變錳離子濃度的試劑，如硫酸錳，
故答案為：生成的Mn²⁺催化反應(yīng)的進(jìn)行；B；
（4）①酸性高錳酸鉀溶液為紫紅色，當(dāng)達(dá)到滴定終點(diǎn)時，再滴入酸性高錳酸鉀溶液時，溶液由無色變?yōu)樽霞t色，且在半分鐘內(nèi)不褪色，
故答案為：否；由無色變?yōu)樽霞t色，且在半分鐘內(nèi)不褪色；
②酸性高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，腐蝕橡皮管，應(yīng)用酸式滴定管，
故答案為：B； 
③草酸鈉（Na₂C₂O₄）溶于稀硫酸中，然后用酸性高錳酸鉀溶液進(jìn)行滴定，消耗n（KMnO₄）=0.015L×0.200mol•L^-1=3×10^-3mol，
離子方程式為：2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，則
  2MnO₄^-～5C₂O₄^2-
   2              5
  3×10^-3mol     7.5×10^-3mol    
樣品中草酸鈉的質(zhì)量為m=7.5×10^-3mol×134g/mol=7.5×134×10^-3g，
樣品中草酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{7.5×134×1{0}^{-3}g}{2.68g}$×100%=37.5%，
故答案為：37.5%．

點(diǎn)評 本題主要結(jié)合實(shí)驗(yàn)考查了外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，該題涉及氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫以及氧化還原滴定，雖然基于反應(yīng)原理與中和滴定不同，但實(shí)驗(yàn)原理及操作和所用儀器等類似，由于該反應(yīng)有明顯的顏色變化，故可不用指示劑．