Question

某酸性工业废水中含有K₂Cr₂O₇。光照下，草酸(H₂C₂O₄)能将其中的Cr₂O₇^2—转化为Cr^3＋。某课题组研究发现，少量铁明矾[Al₂Fe(SO₄)₄·24H₂O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：
(1)在25 ℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表(表中不要留空格)。

实验编号	初始pH	废水样品体积/mL	草酸溶液体积/mL	蒸馏水体积/mL
①	4	60	10	30
②	5	60	10	30
③	5	60

 

测得实验①和②溶液中的Cr₂O₇^2—浓度随时间变化关系如图所示。
(2)上述反应后草酸被氧化为________(填化学式)。
(3)实验①和②的结果表明________；实验①中0～t₁时间段反应速率v(Cr^3＋)＝________mol·L^－1·min^－1(用代数式表示)。
(4)该课题组对铁明矾[Al₂Fe(SO₄)₄·24H₂O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：Fe^2＋起催化作用：
假设二：________；
假设三：________；
……
(5)请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。
(除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K₂SO₄、FeSO₄、K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O、Al₂(SO₄)₃等。溶液中Cr₂O₇^2—的浓度可用仪器测定)

实验方案(不要求写具体操作过程)

预期实验结果和结论

 

Answer 1

(1)

实验编号	初始pH	废水样品体积/mL	草酸溶液体积/mL	蒸馏水体积/mL
3			20	20

 
(2)CO₂
(3)溶液pH对该反应的速率有影响　
(4)Al^3＋起催化作用　SO₄^2—起催化作用
(5)

实验方案(不要求写具体操作过程)	预期实验结果和结论
用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他条件与实验①相同，进行对比实验	反应进行相同时间后，若溶液中c(Cr2O72—)大于实验①中的c(Cr2O72—)则假设一成立，若两溶液中的c(Cr2O72—)相同，则假设一不成立

 

(1)根据题意要求，调节不同初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，由此可知实验③改变的是草酸溶液用量，但应保持溶液总体积不变。(2)草酸中碳的化合价为＋3价，与强氧化性物质K₂Cr₂O₇反应后，草酸应被氧化为CO₂。(3)根据实验①、②的曲线对比，在相同草酸用量不同pH时，反应速率不同，所以pH对该反应有一定的影响；在0～t₁时间段内，v(Cr₂O₇^2—)＝mol·L^－1·min^－1，由Δc(Cr^3＋)＝2Δc(Cr₂O₇^2—)所以v(Cr^3＋)＝ mol·L^－1·min^－1。(4)根据铁明矾组成离子可知，起催化作用的离子可能为Fe^2＋、Al^3＋、SO₄^2—。(5)可通过在其他条件不变时，加入等物质的量的K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O替代实验中的铁明矾，此时溶液中不存在Fe^2＋，但仍存在SO₄^2—和Al^3＋，通过测定c(Cr₂O₇^2—)看是否仍然有催化效果来判断。
(本题属于开放性试题合理答案均可)