题目内容

草酸是一种重要的试剂。下面是利用草酸探究浓度对反应速率影响的实验。

(1)为证明浓度对反应速率的影响,曾有教科书《化学反应原理》设计了如下实验:取两支试管,各加入4mL0.01mol·L-1的KMnO4酸性溶液,分别向其中加入0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1 H2C2O4溶液2mL,记录溶液褪色所需时间。

实验中发生反应的离子方程式为:     

预期现象是:

①溶液的颜色由      色变为      色,

②其中加入      mol·L-1H2C2O4的那支试管中的溶液先变色。

然而实验结果并不尽如人意。实验过程颜色复杂,且褪色先缓慢,后逐渐加快;最大的问题是草酸浓度大,反应速率却更慢。

本实验能否作为课堂实验研究浓度对化学反应速率的影响?适宜的条件是怎样的?某校一研究小组对此进行了探究。下面是他们的实验报告的一部分:

表1 试验安排及结果

实验

编号

A(KMnO4溶液浓度/mol·L-1

B(草酸溶液浓度/mol·L-1

C(硫酸溶液浓度/mol·L-1

褪色时间/s

1

3

3

1

336

2

1

2

3

82

3

3

1

3

76

4

1

3

2

133

5

2

3

3

102

6

3

2

2

156

7

2

2

1

300

8

2

1

2

115

9

1

1

1

200

 

应用SPSS16.0对正交试验结果进行方差分析,结果如下表

表2 各因素水平的数据处理结果

 

A(KMnO4溶液)

B(草酸溶液)

C(硫酸溶液)

浓度/mol·L-1

0.005

0.010

0.015

0.1

0.5

0.9

6

12

18

平均褪色时间/s

138.3

172.3

189.3

130.3

179.3

190.3

278.7

134.7

86.7

 

(2)由表2可知,三因素中,      的浓度(选填“A、B或C”,下空同)对反应速率影响显著,而      的浓度对反应速率的影响不显著。

(3)由表2可知,当高锰酸钾浓度为      mol·L-1、草酸浓度为      mol·L-1时,反应最快。即因素A、B的较适宜实验条件得以确定。

根据以上实验结果,该小组同学继续探究硫酸的浓度是怎样影响本反应速率的,测得如下实验结果:

表3 不同硫酸浓度下的褪色时间

c(H2SO4)/mol·L-1

18

16

14

12

10

8

6

褪色时间/s

67

83

90

103

129

146

200

 

(4)根据课堂实验的合适时间,可选溶液的褪色时间约为1分钟和2分钟的两份溶液,即此时硫酸的浓度为      mol·L-1      mol·L-1,这也有利于观察这两个反应速率的差异。

结论:草酸与酸性高锰酸钾溶液的反应,可作为课堂实验探究浓度对反应速率的影响。

 

【答案】

(14分)

(1)2MnO4+5H2C2O4+6H=2Mn2+10CO2↑+8H2O(3分)

紫色(或紫红色)(1分);无(1分);0.2(2分)

(2)C(硫酸)    A(高锰酸钾)和B(草酸)(各1分,共3分)

(3)0.005 , 0.1(各1分,共2分);

(4)18,10(各1分,共2分)

【解析】

试题分析:

(1)高锰酸钾具有氧化性、草酸具有还原性,MnO4-将H2C2O4氧化为CO2气体,本身被还原为Mn2+,根据得失电子相等、电荷守恒、质量守恒配平。MnO4-呈紫色,反应后溶液为无色。增大反应物浓度,反应速率加快。

(2)由表2可知,硫酸浓度对反应速率影响显著;而高锰酸钾和草酸浓度对反应速率影响不明显。

(3)当高锰酸钾溶液浓度为0.005 mol·L-1、草酸溶液浓度为0.01 mol·L-1时反应速率最快。

(4)褪色时间1分钟和2分钟即60s和120s,对应的浓度分别为18 mol·L-1和10 mol·L-1

考点: 离子方程式  实验数据的分析

 

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