Question

某探究小組用KMnO₄酸性溶液與H₂C₂O₄溶液反應過程中溶液紫色消失的方法，研究影響反應速率的因素。實驗條件作如下限定：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，實驗溫度可選擇298K、323K。每次實驗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）配平化學方程式：

______KMnO₄ +____H₂C₂O₄ +_____H₂SO₄ → ____K₂SO₄ +_____MnSO₄ +_____CO₂ +______H₂O

（2）請完成以下實驗設計表，并在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號：

實驗編號	T/K	催化劑的用量/ g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實驗目的
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實驗①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對該反應速率的影響； （Ⅱ）實驗①和③探究溫度對該反應速率的影響； （Ⅲ）實驗①和______探究催化劑對該反應速率的影響
②
③
④		0

（3）在完成探究催化劑對該反應速率影響的實驗時發(fā)現，未加催化劑的情況下，剛開始一段時間，反應速率較慢，溶液褪色不明顯，但不久后突然褪色，反應速率明顯加快。

針對上述實驗現象，同學認為高錳酸鉀與草酸溶液的反應放熱，導致溶液溫度升高，反應速率加快，從影響化學反應速率的因素看，你猜想還可能是________________

若用實驗證明你的猜想。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）某同學對實驗①和②分別進行三次實驗，測得以下實驗數據（從混合振蕩均勻開始計時）：

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

計算用0.001 mol?L^-1 KMnO₄酸性溶液進行實驗時KMnO₄的平均反應速率                 （忽略混合前后溶液體積的變化）。

（4） 若不經過計算，直接看表中的褪色時間長短來判斷濃度大小與反應速率的關系是否可行？_________。若不可行（若認為可行則不填），請設計可以通過直接觀察褪色時間長短來判斷的改進方案_____________________________________

 

Answer 1

【答案】

（11分）(1) 配平化學方程式：（2分，全對才給分）

2KMnO₄ +5H₂C₂O₄ +3H₂SO₄ → 1K₂SO₄ +2MnSO₄ +10CO₂ +8H₂O

(1) 請完成以下實驗設計表，并在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號：（每一行1分，共3分）

實驗編號	T/K	催化劑的用量/ g	KMnO4酸性溶液的濃度/mol?L-1	實驗目的
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）實驗①和②探究KMnO4酸性溶液的濃度對該反應速率的影響； （Ⅱ）實驗①和③探究溫度對該反應速率的影響； （Ⅲ）實驗①和④探究催化劑對該反應速率的影響
②	298	0.5	0.001
③	323	0.5	0.01
④	298	0	0.01

（3）生成的Mn²⁺催化反應的進行（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與體積相同、濃度相同的KMnO₄溶液反應（2分）

【解析】

試題分析：（1）在酸性條件下，高錳酸根離子能和草酸發(fā)生氧化還原反應生成二價錳離子、二氧化碳和水，根據電子的得失守恒可知，離子方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O。

（2）要得出反應物濃度、溫度、催化劑對反應速率影響的結論至少要完成：①取不同濃度KMnO₄溶液，在相同溫度下進行反應；②取同濃度KMnO₄溶液，在不同溫度下進行反應；③取同濃度KMnO₄溶溶，在同溫度且有催化劑的條件下進行反應；④取同濃度KMnO₄溶液，在同溫度且不使用催化劑的條件下進行反應等3個實驗來進行對比。

（3）根據反應的方程式可知，生成物中有Mn²⁺生成，這說明引起反應速率加快的原因還可能是生成的Mn²⁺催化反應的進行，據此可知，如果要驗證假設，則可以選擇試劑硫酸錳，答案選B。

（4）①反應開始時：c（KMnO₄）＝，反應時間：△t＝（6min+7min+7min）÷3＝6.7min，所以KMnO₄的平均反應速率ν（KMnO₄）＝。

②由題中數據知濃度大的褪色時間反而長，因顏色是由KMnO₄產生，雖然KMnO₄濃度大反應快，但KMnO₄的量也多，故無法比較，故不經過計算直接利用表中的褪色時間長短來判斷濃度大小與反應速率的關系是不可行的；所以若想通過直接觀察褪色時間長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與體積相同、濃度相同的高錳酸鉀酸性溶液反應。

考點：考查影響化學反應速率的因素、氧化還原反應方程式的配平、反應速率的計算

點評：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，側重對學生能力的培養(yǎng)和膠體方法的指導與訓練，有利于培養(yǎng)學生規(guī)范、嚴謹的實驗設計、評價能力，有利于提高學生的學科素養(yǎng)。該類試題綜合性強，理論和實踐的聯系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學生必須認真、細致的審題，聯系所學過的知識和技能，進行知識的類比、遷移、重組，全面細致的思考才能得出正確的結論。