题目内容
【题目】某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O72–转化为Cr3+，草酸被氧化成CO2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)。
①和②溶液中的Cr2O72–浓度随时间变化关系如图所示。
（2）上述反应中参加反应的Cr2O72–与草酸的物质的量之比为_____________。
（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(Cr3+)＝__________________________________(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：Fe2+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Cr2O72–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 |
【答案】（1）20 （2）1︰3 （3）溶液pH对该反应的速率有影响（或溶液pH越小，反应速率越大）；
mol·L–1·min–1
（4）Al3＋起催化作用，SO42–起催化作用（调换顺序亦可） （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（2分） |
【解析】
试题分析：（1）①②中pH不同，是探究pH对速率的影响；则②③是探究不同浓度时草酸对速率的影响，由于总体积是100mL，所以草酸溶液的体积为20mL。
（2）反应中Cr元素的化合价从＋6价降低到＋3价，得到3个电子，草酸中碳元素的化合价从＋3价升高到＋4价，失去1个电子，则根据得失电子守恒可知上述反应中参加反应的Cr2O72-与草酸的物质的量之比为1：3；
（3）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；根据图像以及Cr原子守恒可知实验①中0～t1时间段反应速率v(Cr3＋)＝
mol·L－1·min－1；
（4）根据铁明矾[Al2Fe（SO4）424H2O]组成分析，Al3+起催化作用；SO42-也可能催化作用；
（5）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K2SO4Al2（SO4）324H2O；用等物质的量K2SO4Al2（SO4）324H2O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（Cr2O72-）大于实验①中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。
