Question

草酸是一种重要的试剂．下面是利用草酸探究浓度对反应速率影响的实验．
（1）为证明浓度对反应速率的影响，曾有教科书《化学反应原理》设计了如下实验：取两支试管，各加入4mL0.01mol?L^-1的KMnO₄酸性溶液，分别向其中加入0.1mol?L^-1、0.2mol?L^-1 H₂C₂O₄溶液2mL，记录溶液褪色所需时间．实验中发生反应的离子方程式为：

 

；预期现象是：
①溶液的颜色由

 

色变为

 

色，
②其中加入

 

mol?L^-1H₂C₂O₄的那支试管中的溶液先变色．
然而实验结果并不尽如人意．实验过程颜色复杂，且褪色先缓慢，后逐渐加快；最大的问题是草酸浓度大，反应速率却更慢．
本实验能否作为课堂实验研究浓度对化学反应速率的影响？适宜的条件是怎样的？某校一研究小组对此进行了探究．下面是他们的实验报告的一部分：
表1　试验安排及结果

实验 编号	A（KMnO4溶液浓度/mol?L-1）	B（草酸溶液浓度/mol?L-1）	C（硫酸溶液浓度/mol?L-1）	褪色时间/s
1	3	3	1	336
2	1	2	3	82
3	3	1	3	76
4	1	3	2	133
5	2	3	3	102
6	3	2	2	156
7	2	2	1	300
8	2	1	2	115
9	1	1	1	200

应用SPSS16.0对正交试验结果进行方差分析，结果如下表
表2　各因素水平的数据处理结果

	A（KMnO4溶液）			B（草酸溶液）			C（硫酸溶液）
浓度/mol?L-1	0.005	0.010	0.015	0.1	0.5	0.9	6	12	18
平均褪色时间/s	138.3	172.3	189.3	130.3	179.3	190.3	278.7	134.7	86.7

（2）由表2可知，三因素中，

 

的浓度（选填“A、B或C”，下空同）对反应速率影响显著，而

 

的浓度对反应速率的影响不显著．
（3）由表2可知，当高锰酸钾浓度为

 

mol?L^-1、草酸浓度为

 

mol?L^-1时，反应最快．即因素A、B的较适宜实验条件得以确定．
根据以上实验结果，该小组同学继续探究硫酸的浓度是怎样影响本反应速率的，测得如下实验结果：
表3　不同硫酸浓度下的褪色时间

c（H2SO4）/mol?L-1	18	16	14	12	10	8	6
褪色时间/s	67	83	90	103	129	146	200

（4）根据课堂实验的合适时间，可选溶液的褪色时间约为1分钟和2分钟的两份溶液，即此时硫酸的浓度为

 

mol?L^-1和

 

mol?L^-1，这也有利于观察这两个反应速率的差异．
结论：草酸与酸性高锰酸钾溶液的反应，可作为课堂实验探究浓度对反应速率的影响．

Answer 1

考点：探究影响化学反应速率的因素

专题：实验设计题

分析：（1）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，根据氧化还原反应得失电子守恒配平反应方程式；
①酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，自身被还原生成无色的二价锰离子；
②增大反应物的浓度，加快反应速率；
（2）由KMnO₄溶液、草酸溶液和硫酸溶液的浓度的改变对褪色时间的影响来分析；
（3）从表2可知，褪色耗时越短，反应速率越快；
（4）褪色时间约1分钟和2分钟，即60S和120S，据表解答；

解答： 解：（1）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，故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
①酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，自身被还原生成无色的二价锰离子，故现象为由紫色变为无色，故答案为：紫，无；
②增大反应物的浓度，能加快反应速率，故0.2mol?L^-1H₂C₂O₄的试管反应速率快，先变色，故答案为：0.2；
（2）从表格的数据可以看出，硫酸浓度的改变对反应速率影响较显著，而KMnO₄溶液、草酸溶液浓度的改变对反应速率的影响相对不太明显，故答案为：C；A和B；
（3）从表2可知，褪色耗时越短，反应速率越快，故当高锰酸钾浓度为 0.005mol?L^-1、草酸浓度为 0.1mol?L^-1时，反应最快，故答案为：0.005；0.1；
（4）褪色时间约1分钟和2分钟，即60S和120S，据表可知，此时硫酸的浓度分别为18mol/L和10mol/L，故答案为：18，10；

点评：提高实验探究温度等外界条件对化学反应速率的影响规律和离子方程式的书写，难度不大．