Question

2．某小組擬用含稀硫酸的KMnO₄溶液與H₂C₂O₄溶液（弱酸）的反應（此反應為放熱反應）來探究“條件對化學反應速率的影響”，并設計了如表的方案記錄實驗結(jié)果（忽略溶液混合體積變化）．限選試劑和儀器：0.20 mol/LH₂C₂O₄溶液、0.010mol/L KMnO₄溶液（酸性）、蒸餾水、試管、量筒、秒表、恒溫水浴槽

物理量 編號	V（0.20 mol/L H2C2O4溶液）/mL	V（蒸餾水）/mL	V（0.010mol/L KMnO4溶液）/mL	M（MnSO4 固體）/g	T/℃	乙
①	2.0	0	4.0	0	50
②	2.0	0	4.0	0	25
③	1.0	a	4.0	0	25
④	2.0	0	4.0	0.1	25

回答下列問題：
（1）完成上述反應原理的化學反應方程式：5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄═10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O
（2）上述實驗①②是探究溫度對化學反應速率的影響；若上述實驗②③是探究濃度對化學反應速率的影響，則 a為1.0；乙是實驗需要測量的物理量，則表格中“乙”應填寫t溶液褪色時間/s．上述實驗②④是探究催化劑對化學反應速率的影響．
（3）已知草酸為二元弱酸，其兩級的電離方程式分別為：H₂C₂O₄?HC₂O₄^-+H⁺、HC₂O₄^-?C₂O₄^2-+H⁺；
（4）為了觀察紫色褪去，草酸與高錳酸鉀初始的物質(zhì)的量需要滿足的關(guān)系
n（H₂C₂O₄）：n （KMnO₄）最小為：2.5（或5：2）．

Answer 1

分析 （1）酸性高錳酸鉀是用稀硫酸酸化，混合溶液發(fā)生氧化還原反應，KMnO₄被還原為MnSO₄，H₂C₂O₂被氧化為CO₂，根據(jù)得失電子數(shù)守恒和原子守恒寫出反應方程式；
（2）當探究某一種因素對反應速率的影響時，必須保持其他影響因素一致；要探究H₂C₂O₄溶液濃度不同對反應速率的影響，則加入的H₂C₂O₄溶液的體積不同，但反應體積溶液的總體積需相同，故應加入蒸餾水來確保溶液的總體積均為6mL；要準確描述反應速率的快慢，必須準確測得溶液褪色時間的長短；④中加了MnSO₄固體，錳離子對該反應起催化作用；
（3）草酸是二元弱酸，應分步電離；
（4）為了觀察到紫色褪去，草酸應該稍微過量．

解答 解：（1）酸性高錳酸鉀是用稀硫酸酸化，H₂SO₄、KMnO₄與H₂C₂O₂發(fā)生反應，KMnO₄被還原為MnSO₄，化合價降低5價，H₂C₂O₂被氧化為CO₂，每個C原子的化合價升高1價，1個H₂C₂O₂升高2價，則高錳酸鉀與草酸計量數(shù)之比為2：5，根據(jù)原子守恒配平可得：5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄═10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄═10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O；
（2）當探究某一種因素對反應速率的影響時，必須保持其他影響因素一致，通過比較實驗①②的反應條件可知，實驗①②可探究溫度對反應速率的影響；實驗②③中的H₂C₂O₄溶液的加入體積不同，故要探究H₂C₂O₄溶液濃度不同對反應速率的影響，但反應體積溶液的總體積需相同，故應加入蒸餾水來確保溶液的總體積均為6.0mL，則a的值為1.0；要準確描述反應速率的快慢，必須準確測得溶液褪色時間的長短，故乙要測量的物理量是溶液褪色的時間（t溶液褪色時間/s）；其他條件相同，④中加了MnSO₄固體，錳離子對該反應起催化作用，則②④探究的是催化劑對反應速率的影響，
故答案為：溫度；1.0；t溶液褪色時間/s；催化劑；
（3）草酸（H₂C₂O₄）是一種二元弱酸，分步電離，電離方程式為H₂C₂O₄?H⁺+HC₂O₄^-，HC₂O₄^-?H⁺+C₂O₄^2-，
故答案為：H₂C₂O₄?H⁺+HC₂O₄^-，HC₂O₄^-?H⁺+C₂O₄^2-；
（4）高錳酸鉀和草酸反應方程式為5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄═10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O，為了觀察到紫色褪去，草酸應該稍微過量，所以n（H₂C₂O₄）：n（KMnO₄）≥2.5，
故答案為：2.5（或5：2）．

點評 本題考查了弱酸的電離方程式書寫、氧化還原反應方程式書寫以及影響化學反應速率因素的實驗探究，對于影響反應速率的因素的探究，應注意的是當探究某一種因素對反應速率的影響時，必須保持其他影響因素一致，難度中等．