Question

某酸性工業(yè)廢水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸能將其中的Cr2O72-轉化為Cr3+。某課題組研究發(fā)現，少量鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可對該反應起催化作用。為進一步研究有關因素對該反應速率的影響，探究如下：

（1）在25°C下，控制光照強度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，作對比實驗，完成以下實驗設計表（表中不要留空格）。

實驗編號	初始pH	廢水樣品體積/mL	草酸溶液體積/mL	蒸餾水體積/mL
①	4	60	10	30
②	5	60	10	30
③	5	60

測得實驗①和②溶液中的Cr2O72-濃度隨時間變化關系如圖所示。

（2）上述反應后草酸被氧化為 （填化學式）。

（3）實驗①和②的結果表明 ；

實驗①中0~t1時間段反應速率（Cr3+）= mol/(L·min) (用代數式表示)。

（4）該課題組隊鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假設，請你完成假設二和假設三：

假設一：Fe2+起催化作用；

假設二： ；

假設三： ；

…………

（5）請你設計實驗驗證上述假設一，完成下表中內容。（除了上述實驗提供的試劑外，可供選擇的藥品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·2H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O72-的濃度可用儀器測定）

實驗方案（不要求寫具體操作過程）	預期實驗結果和結論

 

Answer 1

（16分）（1）20 20

（2）CO2

（3）PH越大，反應的速率越慢 2

（4）Al3+起催化作用；Fe2+和Al3+起催化作用

（5）取PH=5的廢水60ml，加入10ml草酸和30ml蒸餾水，滴加幾滴FeSO4，測定反應所需時間

預期現象與結論：與②對比，如果速率與②相同，故起催化作用的為Fe2+；

【解析】

試題分析：（1））①②中PH不同，是探究PH對速率的影響；則②③是探究不同濃度時草酸對速率的影響，所以草酸、蒸餾水的體積各為20mL;

（2）草酸中碳元素化合價為+3價，被氧化為+4價，所以氧化產物為CO2，

（3）由實驗①②表明溶液pH越大，反應的速率越慢，所以溶液pH對該反應的速率有影響；根據Cr元素守恒，c（Cr2O72-）濃度減小（c0-c1）mol/L，則c(Cr3+)濃度增加2（c0-c1）mol/L，所以v（Cr3+）=2v（Cr2O72-）=2（c0-c1）mol/L/t1min=2 mol/(L·min)；

（4）鐵明礬在水溶液中產生鐵離子、鋁離子、硫酸根離子，根據假設一判斷，鐵明礬[Al2Fe（SO4）4?24H2O] 中起催化作用的成分還可能是Al3+起催化作用；Fe2+和Al3+起催化作用；

（5）要證明Fe2+起催化作用，則所選試劑中應只含亞鐵離子或不含亞鐵離子而含有鋁離子，所以選擇FeSO4或K2SO4?Al2（SO4）3?24H2O，本題中三個實驗中均加入鐵明礬，所以選擇其中一個與之對比。取PH=5的廢水60ml，加入10ml草酸和30ml蒸餾水，滴加幾滴FeSO4，測定反應所需時間，預期現象與結論：與②對比，如果速率與②相同，故起催化作用的為Fe2+；或再做沒有Fe2+存在時的實驗，所以要選K2SO4?Al2（SO4）3?24H2O；用等物質的量K2SO4?Al2（SO4）3?24H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他反應條件與實驗①相同，進行對比實驗，反應進行相同時間后，若溶液中c（Cr2O72-）大于實驗①中c（Cr2O72-），則假設一成立；若兩溶液中的c（Cr2O72-）相同，則假設一不成立。

考點：考查探究實驗的方案設計，影響反應速率條件的判斷