Question

16．KMnO₄能将草酸（H₂C₂O₄）氧化．在25℃下，某同学欲通过对比实验探究初始pH和草酸浓度对该反应速率的影响．完成实验设计表，表中不要留空格．

	初始pH	V（KMnO4）/mL	V（H2C2O4）/mL	V（H2O）/mL
①	4	20	10
②	5		10	5
③		20		10

（2）某同学欲利用高锰酸钾法测定碳酸钙样品中钙的含量．过程如下：
步骤Ⅰ称取2.50g碳酸钙试样，溶解于稀盐酸，以CaC₂O₄形式沉淀钙．
沉淀Ⅱ将沉淀过滤洗涤，溶于稀硫酸后定容在250mL容量瓶中．
步骤Ⅲ每次取20.00mL溶液，用0.020mol/L KMnO₄标准溶液滴定，三次滴定消耗标准液的平均体积为36.42mL．
①滴定过程中用到的玻璃仪器有酸式滴定管、锥形瓶，滴定终点的现象是加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液变为浅红色，浅红色30s内不褪去，说明滴定到终点．
②步骤Ⅱ中若将沉淀溶于稀盐酸，会使测定结果偏高（填“偏高”“偏低”或“无影响”）．
③试样中钙的质量分数是91.05%．

Answer 1

分析 （1）该实验探究不同的初始pH和草酸溶液浓度对反应速率的影响，所以KMnO₄的浓度不变，探究外界条件对反应速率的影响，需保证其他条件相同时来做实验；
（2）①KMnO₄标准溶液用带玻璃活塞的酸式滴定管，待测液用锥形瓶盛放；利用高锰酸钾本身颜色判断滴定到终点；
草酸与高锰酸钾反应是锰离子和二氧化碳、水；
②盐酸会与酸性高锰酸钾反应，导致高锰酸钾消耗更多；
③根据关系式2KMnO₄～5H₂C₂O₄计算出草酸的物质的量，再根据关系式H₂C₂O₄～CaC₂O₄～CaCO₃计算碳酸钙的物质的量，最后得出质量分数．

解答 解：（1）该实验探究不同的初始pH和草酸溶液浓度对反应速率的影响，实验要求控制KMnO₄溶液初始浓度相同，则KMnO₄溶液的体积为20mL，根据实验②可知总体积为35mL，每次实验总体积都是35mL，则实验①加水的体积应为5mL，实验③加入草酸的体积应是5mL，实验①与实验②溶液PH不同，其他条件相同，则探究不同的初始pH对反应速率的影响，实验③与实验②探究草酸溶液浓度对反应速率的影响，所以溶液PH相同，应为5，
故答案为：

	初始pH	V（KMnO4）/mL	V（H2C2O4）/mL	V（H2O）/mL
①				5
②		20
③	5		5

；
（2）①KMnO₄标准溶液有强氧化性，会腐蚀橡胶，用带玻璃活塞的酸式滴定管，待测液用锥形瓶盛放；高锰酸钾本身有颜色，故不需要另加指示剂，草酸反应完毕，加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液变为浅红色，浅红色30s内不褪去，说明滴定到终点，
故答案为：酸式滴定管、锥形瓶；加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液变为浅红色，浅红色30s内不褪去，说明滴定到终点；
②盐酸会与酸性高锰酸钾反应，导致高锰酸钾消耗更多，实验是通过高锰酸钾的量算出样品中钙的含量，所以用盐酸会使结果偏高，
故答案为：偏高；
③草酸与高锰酸钾反应生成锰离子、二氧化碳和水，其反应的离子方程式为：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
根据关系式2KMnO₄～～～～～～～～～～～～5H₂C₂O₄
                 2                                                  5
0.020mol/L×36.42×10^-3L                                n（H₂C₂O₄）
n（H₂C₂O₄）=$\frac{0.020mol/L×36.42×1{0}^{-3}L×5}{2}$，
则250mL容量瓶中草酸物质的量为：$\frac{0.020mol/L×36.42×1{0}^{-3}L×5}{2}$×$\frac{250mL}{20mL}$，
再根据关系式H₂C₂O₄～CaC₂O₄～CaCO₃可知碳酸钙的物质的量与草酸物质的量相等，
则碳酸钙的质量分数为：$\frac{碳酸钙的质量}{样品总质量}×100%$=$\frac{0.020mol/L×36.42×1{0}^{-3}L×5}{2}$×$\frac{250mL}{20mL}$×100g/mol÷2.50g×100%=91.05%，
故答案为：91.05%．

点评 本题考查了定量实验探究，是高考热点，涉及影响化学反应速率的因素和利用氧化还原滴定测定物质的含量，题目综合性强，注意在探究外界条件对反应速率的影响时控制变量法的使用，定量计算时注意实验过程中只是取了样品的一部分，容易忽略．