Question

2．某小组拟用含稀硫酸的KMnO₄溶液与H₂C₂O₄溶液（弱酸）的反应（此反应为放热反应）来探究“条件对化学反应速率的影响”，并设计了如表的方案记录实验结果（忽略溶液混合体积变化）．限选试剂和仪器：0.20 mol/LH₂C₂O₄溶液、0.010mol/L KMnO₄溶液（酸性）、蒸馏水、试管、量筒、秒表、恒温水浴槽

物理量 编号	V（0.20 mol/L H2C2O4溶液）/mL	V（蒸馏水）/mL	V（0.010mol/L KMnO4溶液）/mL	M（MnSO4 固体）/g	T/℃	乙
①	2.0	0	4.0	0	50
②	2.0	0	4.0	0	25
③	1.0	a	4.0	0	25
④	2.0	0	4.0	0.1	25

回答下列问题：
（1）完成上述反应原理的化学反应方程式：5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄═10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O
（2）上述实验①②是探究温度对化学反应速率的影响；若上述实验②③是探究浓度对化学反应速率的影响，则 a为1.0；乙是实验需要测量的物理量，则表格中“乙”应填写t溶液褪色时间/s．上述实验②④是探究催化剂对化学反应速率的影响．
（3）已知草酸为二元弱酸，其两级的电离方程式分别为：H₂C₂O₄?HC₂O₄^-+H⁺、HC₂O₄^-?C₂O₄^2-+H⁺；
（4）为了观察紫色褪去，草酸与高锰酸钾初始的物质的量需要满足的关系
n（H₂C₂O₄）：n （KMnO₄）最小为：2.5（或5：2）．

Answer 1

分析 （1）酸性高锰酸钾是用稀硫酸酸化，混合溶液发生氧化还原反应，KMnO₄被还原为MnSO₄，H₂C₂O₂被氧化为CO₂，根据得失电子数守恒和原子守恒写出反应方程式；
（2）当探究某一种因素对反应速率的影响时，必须保持其他影响因素一致；要探究H₂C₂O₄溶液浓度不同对反应速率的影响，则加入的H₂C₂O₄溶液的体积不同，但反应体积溶液的总体积需相同，故应加入蒸馏水来确保溶液的总体积均为6mL；要准确描述反应速率的快慢，必须准确测得溶液褪色时间的长短；④中加了MnSO₄固体，锰离子对该反应起催化作用；
（3）草酸是二元弱酸，应分步电离；
（4）为了观察到紫色褪去，草酸应该稍微过量．

解答 解：（1）酸性高锰酸钾是用稀硫酸酸化，H₂SO₄、KMnO₄与H₂C₂O₂发生反应，KMnO₄被还原为MnSO₄，化合价降低5价，H₂C₂O₂被氧化为CO₂，每个C原子的化合价升高1价，1个H₂C₂O₂升高2价，则高锰酸钾与草酸计量数之比为2：5，根据原子守恒配平可得：5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄═10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O，
故答案为：5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄═10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O；
（2）当探究某一种因素对反应速率的影响时，必须保持其他影响因素一致，通过比较实验①②的反应条件可知，实验①②可探究温度对反应速率的影响；实验②③中的H₂C₂O₄溶液的加入体积不同，故要探究H₂C₂O₄溶液浓度不同对反应速率的影响，但反应体积溶液的总体积需相同，故应加入蒸馏水来确保溶液的总体积均为6.0mL，则a的值为1.0；要准确描述反应速率的快慢，必须准确测得溶液褪色时间的长短，故乙要测量的物理量是溶液褪色的时间（t溶液褪色时间/s）；其他条件相同，④中加了MnSO₄固体，锰离子对该反应起催化作用，则②④探究的是催化剂对反应速率的影响，
故答案为：温度；1.0；t溶液褪色时间/s；催化剂；
（3）草酸（H₂C₂O₄）是一种二元弱酸，分步电离，电离方程式为H₂C₂O₄?H⁺+HC₂O₄^-，HC₂O₄^-?H⁺+C₂O₄^2-，
故答案为：H₂C₂O₄?H⁺+HC₂O₄^-，HC₂O₄^-?H⁺+C₂O₄^2-；
（4）高锰酸钾和草酸反应方程式为5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄═10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O，为了观察到紫色褪去，草酸应该稍微过量，所以n（H₂C₂O₄）：n（KMnO₄）≥2.5，
故答案为：2.5（或5：2）．

点评 本题考查了弱酸的电离方程式书写、氧化还原反应方程式书写以及影响化学反应速率因素的实验探究，对于影响反应速率的因素的探究，应注意的是当探究某一种因素对反应速率的影响时，必须保持其他影响因素一致，难度中等．