题目内容

7．某化学兴趣小组在一次实验探究中发现，向草酸溶液中逐滴加入高锰酸钾溶液时，溶液褪色先慢后快，即反应速率由小变大．小组成员为此“异常”现象展开讨论．猜想造成这种现象的最可能原因有两种，并为此设计实验进行探究验证．
猜想Ⅰ：此反应过程放热，温度升高，反应速率加快；
猜想Ⅱ：生成的Mn2+在反应中起到催化剂的作用，加快了反应速率
【实验目的】探究草酸与高锰酸钾反应的速率变化“异常”原因；
【实验用品】仪器：试管、胶头滴管、量筒、药匙、玻璃棒等；
试剂：0.1mol/LH2C2O4溶液、0.05mol/LKMnO4（硫酸酸化）溶液等．
请你根据该兴趣小组的实验探究设计思路，补充完整所缺内容．
（1）KMnO4溶液可用硫酸酸化，而为什么不能用盐酸酸化，请用离子方程式进行说明：2MnO4-+16H++10Cl-=2Mn2++5Cl2↑+8H2O．
（2）草酸溶液与酸性KMnO4溶液反应的离子方程式为：5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O．
（3）要完成对猜想Ⅰ的实验验证，至少还需要一种实验仪器是温度计．
（4）要设计实验验证猜想Ⅱ，进行该实验还要补充的一种试剂是MnSO4（s），一种仪器是秒表．
（5）基于猜想Ⅱ成立，设计方案进行实验，请完成以下实验记录表内容．
对比实验试管A试管B
加入试剂1ml0.05mol/l KMnO4
2ml0.1mol/l H2C2O4		1ml0.05mol/lKMnO4
2ml0.1mol/lH2C2O4
少量MnSO4
（预期）实验现象
（褪色时间）		褪色较慢褪色很快
结论猜想Ⅱ正确
（6）结晶水合草酸成品的纯度用高锰酸钾法测定．称量草酸成品0.250g溶于水，用0.0500mol•L-1的酸性KMnO4溶液滴定，至浅粉红色不消褪，消耗KMnO4溶液15.00mL，反应的计算该成品的纯度．

分析 猜想II：草酸与高锰酸钾溶液发生反应：5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2 Mn2++8H2O，溶液褪色先慢后快，即反应速率由小变大，根据影响反应速率的因素有浓度、压强、温度和催化剂来分析；
（1）盐酸中的Cl-有较强的还原性；
（2）草酸中的碳元素被在酸性条件下能被高锰酸钾溶液氧化为CO2，高锰酸根能被还原为Mn2+；
（3）猜想I是认为可能是由于反应放热导致体系温度升高而加快了反应速率；
（4）猜想II是认为生成的Mn2+在反应中起到催化剂的作用，故应补充MnSO4，通过测量溶液褪色的时间来验证猜想；
（5）要通过对比实验来验证猜想Ⅱ，则实验B和实验A的加入试剂除了MnSO4固体不同，其他均应相同，据此分析；
（6）酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，能氧化草酸根离子生成二氧化碳，同时自身被还原生成二价锰离子，根据草酸和高锰酸钾之间的关系式计算草酸的物质的量，再根据质量分数公式计算其纯度

解答 解：猜想II：影响反应速率的因素有浓度、压强、温度和催化剂，而草酸与高锰酸钾溶液发生反应：5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2 Mn2++8H2O，溶液褪色先慢后快，即反应速率由小变大，反应物是溶液，无气体，故不能是反应物的浓度和压强对反应速率产生的影响，则只能是生成的产物又做了此反应的催化剂，加快了反应速率，故答案为：生成的Mn2+在反应中起到催化剂的作用，加快了反应速率；
（1）盐酸中的Cl-有较强的还原性，在酸性条件下能被高锰酸钾溶液氧化为Cl2，高锰酸根能被还原为Mn2+：2MnO4-+16H++10Cl-=2Mn2++5Cl2↑+8H2O，故答案为：2MnO4-+16H++10Cl-=2Mn2++5Cl2↑+8H2O；
（2）草酸中的碳元素被在酸性条件下能被高锰酸钾溶液氧化为CO2，高锰酸根能被还原为Mn2+，根据得失电子数守恒来配平可得离子方程式为：5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2 Mn2++8H2O，故答案为：5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2 Mn2++8H2O；
（3）由于猜想I是认为可能是由于反应放热导致体系温度升高而加快了反应速率，故应测量反应前和反应开始后一段时间的温度变化，则还缺少温度计，故答案为：温度计；
（4）猜想II是认为生成的Mn2+在反应中起到催化剂的作用，由于Cl-也能使高锰酸钾溶液褪色，故为了避免Cl-的干扰，故应补充MnSO4固体，通过测量溶液褪色的时间的长短来验证猜想，则还需的仪器是秒表，故答案为：MnSO4（s），秒表；
（5）要通过对比实验来验证猜想Ⅱ，则实验B和实验A的试剂的选择应除了MnSO4固体不同，其他均应相同，故试管B内加入的试剂是在试管A试剂的基础上多加了MnSO4（s），由于结论是猜想II成立，则试管B的褪色时间应该比试管A的更快，故答案为：

试管a试管b
加入试剂1ml0.05mol/l KMnO4
2ml0.1mol/l H2C2O4
少量MnSO4

（预期）实验现象
（褪色时间）		褪色很快
结论
（6）酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，能氧化草酸根离子生成二氧化碳，同时自身被还原生成二价锰离子，
离子反应方程式为：5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O，
设草酸的物质的量为xmol，则：
5H2C2O4+6H++2MnO4-=10CO2↑+2Mn2++8H2O
5mol        2mol
x         0.0500mol•L-1×0.015L
所以，5mol：2mol=x：0.0500mol•L-1×0.015L
解得x=0.001875mol，
故其纯度=$\frac{0.001875mol×90g/mol}{0.25g}$×100%=67.5%，
答：草酸样品的纯度为67.5%．

点评 本题考查了影响反应速率的因素，明确要验证一个因素的改变对反应速率的影响，则必须保持其他影响因素一致，难点是计算草酸结晶水合物的纯度，根据方程式进行分析解答，难度中等．

练习册系列答案
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