Question

13．某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响，进行了如下实验：
【实验原理】2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O
【实验内容及记录】
实验1、2、3、4按下列表格药品用量实验，并都加水稀释至10mL，假设加水后两者开始反应（下面实验同），均在室温下观察溶液颜色褪去时间，并记录如下：

实验编号	室温下，试管中所加试剂及其用量/mL			室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min
	0.6 mol/L H2C2O4溶液	0.2 mol/L KMnO4溶液	3 mol/L 稀硫酸
1	3.0	3.0	2.0	4.0
2	3.0	2.0	2.0	5.2
3	3.0	1.0	2.0	6.4

请回答：
（1）根据上表中的实验数据，可以得到的结论是其他条件相同时，增大KMnO₄浓度反应速率增大．
（2）利用实验1中数据计算，用KMnO₄的浓度变化表示从反应开始至颜色褪色这段时间该反应的反应速率为：
υ（KMnO₄）=1.5×10^-2mol/（L•min）．
（3）该小组同学根据经验绘制了n（Mn²⁺） 随时间变化趋势的示意图，如图1所示．但有同学查阅已有的实验资料发现，该实验过程中n（Mn²⁺） 随时间变化的趋势应如图2所示．该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设，并继续进行实验探究．

①该小组同学提出的假设是生成物中的MnSO₄为该反应的催化剂（或Mn²⁺对该反应有催化作用）．
②请你帮助该小组同学完成实验方案，并填写表中空白．

实验编号	室温下，试管中所加试剂及其用量/mL			再向试管中加入少量固体	室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min
	0.6 mol/L H2C2O4溶液	0.2 mol/L KMnO4溶液	3 mol/L 稀硫酸
4	3.0	3.0	2.0		t

③若该小组同学提出的假设成立，应观察到的现象是与实验1比较，溶液褪色所需时间短（或所用时间（t）小于4min）．

Answer 1

分析 （1）从表中数据可知改变的条件是KMnO₄浓度，根据高锰酸钾溶液溶液浓度不同对反应速率的影响进行解答；
（2）先根据醋酸和高锰酸钾的物质的量判断过量，然后根据不足量及反应速率表达式计算出反应速率；
（3）①由图乙可知反应开始后锰离子浓度增大，反应速率增加的比较快，所以探究的是硫酸镁在反应中的作用；
②作对比实验时，除了加入MnSO₄不同外，其它量完全相同，据此进行解答；
③若反应加快，说明Mn²⁺是催化剂，反应过程中溶液褪色时间减少．

解答 解：（1）从表中数据可知改变的条件是KMnO₄浓度；其他条件相同时，增大KMnO₄浓度，反应速率增大，
故答案为：其他条件相同时，增大KMnO₄浓度反应速率增大； 
（2）草酸的物质的量为：0.6mol•L^-1×0.003L=0.0018mol，高锰酸钾的物质的量为：0.2mol•L^-1×0.003L=0.0006mol，草酸和高锰酸钾的物质的量之比为：0.0018mol：0.0006mol=3：1，显然草酸过量，高锰酸钾完全反应，混合后溶液中高锰酸钾的浓度为：$\frac{0.2mol/L×0.003L}{（3+2+3+2）×1{0}^{-3}L}$=0.06mol/L，
这段时间内平均反应速率为：v（KMnO₄）=$\frac{0.06mol/L}{4min}$=1.5×10^-2 mol/（L•min），
故答案为：1.5×10^-2；
（3）①由图乙可知反应开始后速率增大的比较快，说明生成物中的MnSO₄（或Mn²⁺）为该反应的催化剂，
故答案为：生成物中的MnSO₄为该反应的催化剂（或Mn²⁺对该反应有催化作用）；
②与实验1作对比实验，则加入的硫酸锰的量不同，其它条件必须相同，所以加入的少量固体为MnSO₄，
故答案为：MnSO₄；
③若该小组同学提出的假设成立，则反应速率加快，溶液褪色的时间小于4min，从而说明Mn²⁺是催化剂，
故答案为：与实验1比较，溶液褪色所需时间短（或所用时间（t）小于4min）．

点评 本题主要结合实验考查了影响化学反应速率的因素，题目难度中等，注意掌握浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响，解题关键是对比分析图表中的数据找出相同点和不同点，然后得出合理结论，试题侧重考查学生的分析、理解能力．