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Cr³⁺．某课题组研究发现，少量铁明矾[Al₂Fe（SO₄）₄?4H₂O]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，作对比实验，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		10	30
②	5	60	10
③		60		20

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）实验①和②的结果表明

 

；
（3）该课题组队铁明矾[Al₂Fe（SO₄）₄?4H₂O]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：Fe²⁺起催化作用；假设二：

 

；假设三：

 

；…
（4）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
取   代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验	反应进行相同时间后 若溶液中的Cr2O72-浓度   则假设一成立； 若溶液中的Cr2O72-浓度   则假设一不成立；

Answer 1

分析：（1）根据实验目的“调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，作对比实验”设置对比试验；
（2）实验①②表明溶液pH越小，反应的速率越快；
（3）根据铁明矾Al₂Fe（SO₄）₄?4H₂O的组成离子进行分析；
（4）证明亚铁离子是否具有催化作用，需要选择不含亚铁离子且含有铝离子和硫酸根离子的试剂进行对比实验，根据溶液中的Cr₂O₇^2-浓度与实验①中Cr₂O₇^2-浓度进行比较得出正确结论．

解答：解：（1）①②中pH不同，是探究pH对速率的影响；做对比试验时，除了探究的量不同外，其它条件必须完全相同，所以①中废水条件为60mL、②中蒸馏水体积为30mL；试验中总体积必须相等，所以③中醋酸体积为20mL，其pH为5，以便通过②、③探究草酸浓度对反应速率的影响，
故答案为：

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		60
②				30
③	5		20

（2）由实验①②表明溶液pH越小，反应的速率越快，所以溶液pH对该反应的速率有影响，
故答案为：溶液pH对该反应的速率有影响；
（3）根据铁明矾[Al₂Fe（SO₄）₄?24H₂O]组成分析，Al³⁺起催化作用；SO₄^2-起催化作用，
故答案为：Al³⁺起催化作用；SO₄^2-起催化作用；
（4）要证明Fe²⁺起催化作用，需做对比实验，再做没有Fe²⁺存在时的实验，所以要选K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O；用等物质的量K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验，反应进行相同时间后，若溶液中c（Cr₂O₇^2-）大于实验①中c（Cr₂O₇^2-），则假设一成立；若两溶液中的c（Cr₂O₇^2-）相同，则假设一不成立；
故答案为：等物质的量K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O；大于实验①中的Cr₂O₇^2-浓度；等于实验①中的Cr₂O₇^2-浓度．

点评：本题考查了探究影响反应速率因素及重铬酸根与草酸反应过程中的催化作用，题目难度中等，注意掌握探究影响化学反应速率因素的方法，试题培养了学生从图象中获取数据并分析的能力、设计实验的能力．