Question

草酸是一種重要的試劑．下面是利用草酸探究濃度對反應(yīng)速率影響的實驗．
（1）為證明濃度對反應(yīng)速率的影響，曾有教科書《化學(xué)反應(yīng)原理》設(shè)計了如下實驗：取兩支試管，各加入4mL0.01mol?L^-1的KMnO₄酸性溶液，分別向其中加入0.1mol?L^-1、0.2mol?L^-1 H₂C₂O₄溶液2mL，記錄溶液褪色所需時間．實驗中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：

 

；預(yù)期現(xiàn)象是：
①溶液的顏色由

 

色變?yōu)?div id="lcq2dce" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

色，
②其中加入

 

mol?L^-1H₂C₂O₄的那支試管中的溶液先變色．
然而實驗結(jié)果并不盡如人意．實驗過程顏色復(fù)雜，且褪色先緩慢，后逐漸加快；最大的問題是草酸濃度大，反應(yīng)速率卻更慢．
本實驗?zāi)芊褡鳛檎n堂實驗研究濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響？適宜的條件是怎樣的？某校一研究小組對此進行了探究．下面是他們的實驗報告的一部分：
表1　試驗安排及結(jié)果

實驗 編號	A（KMnO4溶液濃度/mol?L-1）	B（草酸溶液濃度/mol?L-1）	C（硫酸溶液濃度/mol?L-1）	褪色時間/s
1	3	3	1	336
2	1	2	3	82
3	3	1	3	76
4	1	3	2	133
5	2	3	3	102
6	3	2	2	156
7	2	2	1	300
8	2	1	2	115
9	1	1	1	200

應(yīng)用SPSS16.0對正交試驗結(jié)果進行方差分析，結(jié)果如下表
表2　各因素水平的數(shù)據(jù)處理結(jié)果

	A（KMnO4溶液）			B（草酸溶液）			C（硫酸溶液）
濃度/mol?L-1	0.005	0.010	0.015	0.1	0.5	0.9	6	12	18
平均褪色時間/s	138.3	172.3	189.3	130.3	179.3	190.3	278.7	134.7	86.7

（2）由表2可知，三因素中，

 

的濃度（選填“A、B或C”，下空同）對反應(yīng)速率影響顯著，而

 

的濃度對反應(yīng)速率的影響不顯著．
（3）由表2可知，當高錳酸鉀濃度為

 

mol?L^-1、草酸濃度為

 

mol?L^-1時，反應(yīng)最快．即因素A、B的較適宜實驗條件得以確定．
根據(jù)以上實驗結(jié)果，該小組同學(xué)繼續(xù)探究硫酸的濃度是怎樣影響本反應(yīng)速率的，測得如下實驗結(jié)果：
表3　不同硫酸濃度下的褪色時間

c（H2SO4）/mol?L-1	18	16	14	12	10	8	6
褪色時間/s	67	83	90	103	129	146	200

（4）根據(jù)課堂實驗的合適時間，可選溶液的褪色時間約為1分鐘和2分鐘的兩份溶液，即此時硫酸的濃度為

 

mol?L^-1和

 

mol?L^-1，這也有利于觀察這兩個反應(yīng)速率的差異．
結(jié)論：草酸與酸性高錳酸鉀溶液的反應(yīng)，可作為課堂實驗探究濃度對反應(yīng)速率的影響．

Answer 1

考點：探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化草酸根離子生成二氧化碳，同時自身被還原生成二價錳離子，根據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒配平反應(yīng)方程式；
①酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，自身被還原生成無色的二價錳離子；
②增大反應(yīng)物的濃度，加快反應(yīng)速率；
（2）由KMnO₄溶液、草酸溶液和硫酸溶液的濃度的改變對褪色時間的影響來分析；
（3）從表2可知，褪色耗時越短，反應(yīng)速率越快；
（4）褪色時間約1分鐘和2分鐘，即60S和120S，據(jù)表解答；

解答： 解：（1）酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化草酸根離子生成二氧化碳，同時自身被還原生成二價錳離子，離子反應(yīng)方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
①酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，自身被還原生成無色的二價錳離子，故現(xiàn)象為由紫色變?yōu)闊o色，故答案為：紫，無；
②增大反應(yīng)物的濃度，能加快反應(yīng)速率，故0.2mol?L^-1H₂C₂O₄的試管反應(yīng)速率快，先變色，故答案為：0.2；
（2）從表格的數(shù)據(jù)可以看出，硫酸濃度的改變對反應(yīng)速率影響較顯著，而KMnO₄溶液、草酸溶液濃度的改變對反應(yīng)速率的影響相對不太明顯，故答案為：C；A和B；
（3）從表2可知，褪色耗時越短，反應(yīng)速率越快，故當高錳酸鉀濃度為 0.005mol?L^-1、草酸濃度為 0.1mol?L^-1時，反應(yīng)最快，故答案為：0.005；0.1；
（4）褪色時間約1分鐘和2分鐘，即60S和120S，據(jù)表可知，此時硫酸的濃度分別為18mol/L和10mol/L，故答案為：18，10；

點評：提高實驗探究溫度等外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律和離子方程式的書寫，難度不大．