题目内容

【题目】某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响,进行了如下实验:

(实验原理)2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4= K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2↑ + 8H2O

(实验内容及记录)

实验编号

室温下,试管中所加试剂及其用量 / mL

室温下溶液颜色褪至无色所需时间 / min

0.6 mol/L

H2C2O4溶液

H2O

3 mol/L

稀硫酸

0.05mol/L KMnO4溶液

1

3.0

2.0

2.0

3.0

1.5

2

2.0

3.0

2.0

V1

2.7

3

1.0

V2

2.0

3.0

3.9

请回答:(1)表中V1=___________,V2=___________。

(2)根据上表中的实验数据,可以得到的结论是_____________________________。

(3)利用实验1中数据计算,若用KMnO4的浓度变化表示的反应速率为:υ(KMnO4)= ________________________。

(4)该小组同学根据经验绘制了n(Mn2+) 随时间变化趋势的示意图,如图1所示。但有同学查阅已有的实验资料发现,该实验过程中n(Mn2+) 随时间变化的趋势应如图2所示。该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设,并继续进行实验探究。(忽略反应过程中温度变化)

①该小组同学提出的假设是_______________________________________。

②请你帮助该小组同学完成实验方案。

实验编号

室温下,试管中所加试剂及其用量 / mL

再向试管中加入少量固体

室温下溶液颜色褪至无色所需时间 / min

0.6 mol/L

H2C2O4溶液

H2O

3 mol/L

稀硫酸

0.05 mol/L

KMnO4溶液

4

3.0

2.0

2.0

3.0

A

t

表中加入的固体A是_______________。(写化学式)

③若该小组同学提出的假设成立,应观察到的现象是____________

(5)工业上可用电解K2MnO4溶液的方法制取KMnO4,则电解时,阳极发生的电极反应式为____________________________________。

【答案】3.0 4.0 其他条件相同时,增大H2C2O4浓度(或反应物浓度),反应速率增大 1.0×10-2 mol / (L·min) 生成物中的MnSO4为该反应的催化剂(或Mn2+对该反应有催化作用) MnSO4 与实验1比较,溶液褪色所需时间短 或:所用时间(t)小于1.5min MnO42--e-=MnO4-

【解析】

(1)研究外界条件对化学反应速率的影响,需用控制单一变量法,根据表格数据可知变量为草酸的浓度,则为使混合液中硫酸和高锰酸钾的浓度相同,需用水控制溶液的总体积相同,硫酸和高锰酸钾的用量也相同;

(2)从表中数据可知改变的条件是草酸的浓度,其他条件相同时,增大H2C2O4浓度(或反应物浓度),反应速率增大;

(3)根据公式计算用高锰酸钾表示的反应速率;

(4)①由图可知反应开始后速率增大的比较快,说明生成物中的MnSO4为该反应的催化剂(或Mn2+对该反应有催化作用);

②由表格中数据可知第4组与第1组除了A固体外,其余均相同,则与实验1作对比实验,为验证假设,表中加入的固体A是MnSO4;

③若该小组同学提出的假设成立,则第4组反应速率快;

(5)根据题意知,Mn元素化合价由+6价升高为+7价,则电解时,阳极发生的电极反应式为MnO42- - e- =MnO4-。

(1)溶液的总体积相同,硫酸和高锰酸钾的浓度相同,用量也相同。根据实验1可知溶液总体积为10mL,所以V1=3.0mL,V2=4.0mL;

故答案为:3.0;4.0;

(2)从表中数据可知改变的条件是草酸的浓度,其他条件相同时,增大H2C2O4浓度(或反应物浓度),反应速率增大;

故答案为:其他条件相同时,增大H2C2O4浓度(或反应物浓度),反应速率增大;

(3)反应中消耗高锰酸钾的浓度是,v(KMnO4)=;

故答案为:1.0×10-2 mol/(L·min);

(4)①由图可知反应开始后速率增大的比较快,说明生成物中的MnSO4为该反应的催化剂(或Mn2+对该反应有催化作用);

故答案为:生成物中的MnSO4为该反应的催化剂(或Mn2+对该反应有催化作用);

②由表格中数据可知第4组与第1组除了A固体外,其余均相同,则与实验1作对比实验,为验证假设,表中加入的固体A是MnSO4;

故答案为:MnSO4;

③若该小组同学提出的假设成立,则第4组反应速率快,应观察到的现象是实验1比较,溶液褪色所需时间短或所用时间(t)小于1.5min,从而说明Mn2+对该反应有催化作用;

故答案为:与实验1比较,溶液褪色所需时间短或所用时间(t)小于1.5min;

(5)根据题意知,工业上可用电解K2MnO4溶液的方法制取KMnO4,Mn元素化合价由+6价升高为+7价,则电解时,阳极发生的电极反应式为MnO42- - e- =MnO4-;

故答案为:MnO42- - e- =MnO4-。

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