Question

11．某化學興趣小組為了研究外界條件對化學反應速率的影響，進行了如下實驗：
【實驗原理】2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O
【實驗內容及記錄】

實驗編號	室溫下，試管中所加試劑及其用量/mL				室溫下溶液顏色褪至無色所需時間/min
	0.6 mol/L H2C2O4溶液	H2O	0.2 mol/L KMnO4溶液	3 mol/L 稀硫酸
1	3.0	2.0	3.0	2.0	4.0
2	3.0	3.0	2.0	2.0	5.2
3	3.0	4.0	1.0	2.0	6.4

請回答：
（1）根據上表中的實驗數據，可以得到的結論是其他條件相同時，增大KMnO₄濃度（或反應物濃度），反應速率增大．
（2）利用實驗1數據計算，用KMnO₄的濃度變化表示反應速率 （KMnO₄）=1.5×10^-2mol•L^-1•min^-1或0.015 mol•L^-1•min^-1．
（3）該小組同學根據經驗繪制了 （Mn²⁺） 隨時間變化趨勢的示意圖，如圖甲所示．但有同學查閱已有的實驗資料發(fā)現，該實驗過程中 （Mn²⁺） 隨時間變化的趨勢應如圖乙所示． 該小組同學根據圖乙所示信息提出了新的假設，并繼續(xù)進行實驗探究．
        
①該小組同學提出的假設是生成物中的MnSO₄為該反應的催化劑（或Mn²⁺對該反應有催化作用）．
②請你幫助該小組同學完成實驗方案，并選擇表中空白處應加入的物質．

實驗編號	室溫下，試管中所加試劑及其用量/mL				再向試管中加入少量固體	室溫下溶液顏色褪至無色所需時間/min
	0.6 mol/L H2C2O4溶液	H2O	0.2 mol/L KMnO4溶液	3 mol/L 稀硫酸
4	3.0	2.0	3.0	2.0

A．KMnO₄       B．H₂C₂O₄      C．K₂SO₄        D．MnSO₄
③若該小組同學提出的假設成立，應觀察到的現象是實驗4與實驗1比較，溶液褪色所需時間短 或：溶液褪色所用時間（t）小于4min．

Answer 1

分析 （1）從表中數據可知改變的條件是KMnO₄濃度，根據褪色時間判斷溶液濃度對反應速率的影響反應物濃度增大；
（2）先根據醋酸和高錳酸鉀的物質的量判斷過量問題，計算高錳酸鉀濃度變化量，再根據v=$\frac{△C}{△t}$計算；
（3）①由圖乙可知，反應開始后錳離子濃度增大，反應速率增加的比較快，所以探究的是硫酸錳在反應中的作用；
②作對比實驗時，除了加入MnSO₄不同外，其它量完全相同；
③若反應加快，說明Mn²⁺是催化劑，反應過程中溶液褪色時間減少．

解答 解：（1）從表中數據，可知改變的條件是KMnO₄濃度，其他條件相同時，增大KMnO₄濃度，褪色時間變短，則反應速率增大，
故答案為：其他條件相同時，增大KMnO₄濃度（或反應物濃度），反應速率增大；
（2）草酸的物質的量為：0.6mol•L^-1×0.003L=0.0018mol，高錳酸鉀的物質的量為：0.2mol•L^-1×0.003L=0.0006mol，草酸和高錳酸鉀的物質的量之比為：0.0018mol：0.0006mol=3：1，顯然草酸過量，高錳酸鉀完全反應，混合后溶液中高錳酸鉀的濃度為：$\frac{0.2mol•{L}^{-1}×0.003L}{（3+2+3+2）×1{0}^{-3}L}$=0.06mol/L，
這段時間內平均反應速率v（KMnO₄）=$\frac{0.06mol•{L}^{-1}}{4min}$=1.5×10^-2 mol/（L•min），
故答案為：1.5×10^-2mol•L^-1•min^-1或0.015 mol•L^-1•min^-1；
（3）①由圖乙可知，反應開始后速率增大的比較快，說明生成物中的MnSO₄（或Mn²⁺）為該反應的催化劑，
故答案為：生成物中的MnSO₄為該反應的催化劑（或Mn²⁺對該反應有催化作用）；
②與實驗1作對比實驗，則加入的硫酸錳的量不同，其它條件必須相同，所以加入的少量固體為MnSO₄，
故答案為：MnSO₄；
③若該小組同學提出的假設成立，則反應速率加快，溶液褪色的時間小于4min，從而說明Mn²⁺是催化劑，
故答案為：實驗4與實驗1比較，溶液褪色所需時間短或：溶液褪色所用時間（t）小于4min．

點評 本題主要結合實驗考查了外界條件對化學反應速率的影響，題目難度不大，注意對比分析圖表中的數據找出相同點和不同點，利用控制變量法分析解答，難度中等．