Question

6．某探究小组用酸性KMnO₄溶液与H₂C₂O₄溶液反应过程中溶液紫色消失的方法，研究影响反应速率的因素．实验条件作如下限定：催化剂的用量可选择0.5g、0g，酸性KMnO₄溶液的浓度可选择0.01mol•L^-1、0.001mol•L^-1，实验温度可选择298K、323K．每次实验KMnO₄酸性溶液的用量均为4mL，H₂C₂O₄溶液（0.1mol•L^-1 ）的用量均为2mL．
（1）该反应的离子方程式：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
（2）请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：

实验编号	T/K	催化剂的用量/g	KMnO4酸性溶液的浓度/mol•L-1	实验目的
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）实验①和②探究酸性KMnO4溶液的浓度对该反应速率的影响； （Ⅱ）实验①和③探究温度对该反应速率的影响； （Ⅲ）实验①和④探究催化剂对该反应速率的影响
②
③
④

（3）在完成探究催化剂对该反应速率影响的实验时发现，未加催化剂的情况下，刚开始一段时间，反应速率较慢，溶液褪色不明显，但不久后突然褪色，反应速率明显加快．
针对上述实验现象，同学认为高锰酸钾与草酸溶液的反应放热，导致溶液温度升高，反应速率加快，从影响化学反应速率的因素看，你猜想还可能是生成的Mn²⁺催化反应的进行．若用实验证明你的猜想．除酸性高锰酸钾溶液，草酸溶液外，还需要选择的试剂最合理的是B．
A．硫酸钾      B．硫酸锰      C．二氧化锰      D．水
（4）可以利用酸性高锰酸钾测定某草酸钠（Na₂C₂O₄）样品中草酸钠的质量分数．该小组称量2.68g草酸钠样品溶于稀硫酸中，然后用0.2000mol•L^-1的酸性高锰酸钾溶液进行滴定（其中的杂质不跟高锰酸钾和稀硫酸反应 ）．
①滴定前是否要滴加指示剂？否（填“是”或“否”），当溶液由无色变为紫红色，且在半分钟内不褪色，说明滴定达到终点．
②滴定时用b（填a或b ）滴定管盛装KMnO₄标准溶液．
③达到终点时消耗了15.00mL的高锰酸钾溶液，样品中草酸钠的质量分数为37.5%．

Answer 1

分析 （1）该反应中Mn元素化合价由+7价变为+2价，C元素化合价由+3价变为+4价（MnO₄^-→Mn²⁺，H₂C₂O₄→CO₂），根据转移电子守恒、原子守恒、电荷守恒写出离子方程式；
（2）根据实验的目的和影响化学反应速率的因素来设计实验；
（3）根据反应开始锰离子浓度较小，反应过程中锰离子浓度逐渐增大分析；选择含有锰离子的试剂进行验证；
（4）①根据酸性高锰酸钾溶液为紫红色，过程中不需要加指示剂；
②根据酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性；
③在酸性条件下，高锰酸根离子能和草酸发生氧化还原反应生成二价锰离子、二氧化碳和水，根据反应计算．

解答 解：（1）该反应中Mn元素化合价由+7价变为+2价，MnO₄^-→Mn²⁺，H₂C₂O₄是弱酸，不能拆，其中C元素化合价由+3价变为+4价，H₂C₂O₄→CO₂，其转移电子总数为10，根据转移电子守恒知，MnO₄^-的计量数是2、H₂C₂O₄的计量数是5，再根据电荷守恒、原子守恒得离子方程式为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
（2）由实验目的可知，探究浓度、温度、接触面积对化学反应速率的影响，则实验①②的温度、催化剂的用量相同，只有浓度不同；实验①③中只有温度不同，其他条件相同；实验①④中只有催化剂的用量不同，其他条件相同，故答案为：

实验编号	T/K	催化剂的用量/g	KMnO4酸性溶液的浓度/mol?L-1	实验目的
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）实验①和②探究KMnO4酸性溶液的浓度对该反应速率的影响； （Ⅱ）实验①和③探究温度对该反应速率的影响； （Ⅲ）实验①和④探究催化剂对该反应速率的影响
②	298	0.5	0.001
③	323	0.5	0.01
④	298	0	0.01

（3）影响反应速率的因素除了温度，还有可能为催化剂的影响，反应中锰离子浓度逐渐增大，锰离子可能起到了催化剂的作用，使反应速率加快；若用实验证明猜想，除高锰酸钾溶液、草酸溶液、稀硫酸外，还需要选择能够改变锰离子浓度的试剂，如硫酸锰，
故答案为：生成的Mn²⁺催化反应的进行；B；
（4）①酸性高锰酸钾溶液为紫红色，当达到滴定终点时，再滴入酸性高锰酸钾溶液时，溶液由无色变为紫红色，且在半分钟内不褪色，
故答案为：否；由无色变为紫红色，且在半分钟内不褪色；
②酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，腐蚀橡皮管，应用酸式滴定管，
故答案为：B； 
③草酸钠（Na₂C₂O₄）溶于稀硫酸中，然后用酸性高锰酸钾溶液进行滴定，消耗n（KMnO₄）=0.015L×0.200mol•L^-1=3×10^-3mol，
离子方程式为：2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，则
  2MnO₄^-～5C₂O₄^2-
   2              5
  3×10^-3mol     7.5×10^-3mol    
样品中草酸钠的质量为m=7.5×10^-3mol×134g/mol=7.5×134×10^-3g，
样品中草酸钠的质量分数为$\frac{7.5×134×1{0}^{-3}g}{2.68g}$×100%=37.5%，
故答案为：37.5%．

点评 本题主要结合实验考查了外界条件对化学反应速率的影响，培养了学生分析问题、解决问题的能力，该题涉及氧化还原反应离子方程式的书写以及氧化还原滴定，虽然基于反应原理与中和滴定不同，但实验原理及操作和所用仪器等类似，由于该反应有明显的颜色变化，故可不用指示剂．