Question

4．某探究小组用KMnO₄酸性溶液与H₂C₂O₄溶液反应过程中溶液紫色消失快慢的方法，研究影响反应速率的因素．实验条件作如下限定：所用酸性KMnO₄溶液的浓度可选择0.010mol•L^-1、0.0010mol•L^-1，催化剂的用量可选择0.5g、0g，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（0.10mol•L^-1）的用量均为2mL．
（1）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	酸性KMnO4溶液的浓度/mol•L-1	实验目的
①	298	0.5	0.010	a．实验①和②探究酸性KMnO4溶液的浓度对该反应速率的影响； b．实验①和③探究温度对该反应速率的影响； c．实验①和④探究催化剂对该反应速率的影响．
②	298	0.5	0.0010
③	323	0.5	0.010
④	298	0	0.010

（2）某同学对实验①和②分别进行了三次实验，测得以下实验数据（从混合振荡均匀开始计时）：

实验编号	溶液褪色所需时间 t/min
	第1次	第2次	第3次
①	14.0	13.0	11.0
②	6.0	7.0	7.0

①实验②中用KMnO₄的浓度变化来表示的平均反应速率为1×10^-4mol•L^-1•min^-1（忽略混合前后溶液的体积变化）．
②该同学分析上述数据后得出“当其他条件相同的情况下，酸性KMnO₄溶液的浓度越小，所需要的时间就越短，亦即其反应速率越快”的结论，你认为是否正确否（填“是”或“否”）．他认为不用经过计算，直接根据表中褪色时间的长短就可以判断浓度大小与反应速率的关系，你认为是否可行否（填“是”或“否”），若不可行（若认为可行则不填），请设计可以直接通过观察褪色时间的长短来判断的改进方案：取过量的体积相同、浓度不同的草酸溶液，分别同时与体积相同、浓度相同的酸性高锰酸钾溶液反应．

Answer 1

分析 （1）根据实验的目的和影响化学反应速率的因素来设计实验；
（2）①根据0.01KMnO₄酸性溶液前后三次褪色时间差距较大，应舍去，所以用0.001KMnO₄酸性溶液三次褪色来计算：先求出反应开始时c（KMnO₄），然后求出三次褪色的平均时间，最后根据v（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$来求解；
②因颜色是由KMnO₄产生，虽然KMnO₄浓度大反应快，但KMnO₄的量也多，需要的时间也多，该结论错误，故无法直接根据表中褪色时间的长短就可以判断浓度大小与反应速率的关系；如果想通过直接观察褪色时间长短来判断必须保证高锰酸钾的体积与浓度相同．

解答 解：（1）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				③； ④；
②	298	0.5	0.0010
③	323	0.5	0.010
④	298	0	0.010

（2）①反应开始时高锰酸钾的浓度为：c（KMnO₄）=$\frac{0.001mol/L×0.004L}{0.004L+0.002L}$=0.00067 mol•L^-1，
反应的平均时间为：△t=$\frac{6min+7min+7min}{3}$=6.7min，
实验②中用KMnO₄的浓度变化来表示的平均反应速率为：v（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.00067mol/L}{6.7min}$=1×10^-4 mol•L^-1•min^-1，
故答案：1×10^-4mol•L^-1•min^-1；
②由题中数据知浓度大的褪色时间反而长，因颜色是由KMnO₄产生，虽然KMnO₄浓度大反应快，但KMnO₄的量也多，故该结论错误，不经过计算直接利用表中的褪色时间长短来判断浓度大小与反应速率的关系是不可行的；所以若想通过直接观察褪色时间长短来判断溶液浓度的大小，则必须保证KMnO₄酸性溶液的浓度相同，才能判断H₂C₂O₄溶液浓度的大小
故答案为：否；否；取过量的体积相同、浓度不同的草酸溶液分别同时与体积相同、浓度相同的高锰酸钾酸性溶液反应．

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、反应速率的计算，题目难度中等，注意掌握影响化学反应速率的因素，试题培养了学生分析问题、解决问题的能力．