题目内容

9．某酸性工业废水中含有K2Cr2O7．光照下，草酸（H2C2O4）能将其中的Cr2O72-转化为Cr3+，草酸被氧化成CO2．某课题组研究发现，少量铁明矾[Al2Fe（SO4）4•24H2O]即可对该反应起催化作用．为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：
（1）在25℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表，V1=20mL．
实验编号初始pH废水样品体积/mL草酸溶液体积/mL蒸馏水体积/mL
①4601030
②5601030
③560V120
①和②溶液中的Cr2O72-浓度随时间变化关系如图所示．
（2）上述反应中参加反应的Cr2O72-与草酸的物质的量之比为1：3．
（3）实验①和②的结果表明溶液pH对该反应的速率有影响；实验①中0～t1时间段反应速率v（Cr3+）=$\frac{2（{c}_{0}-{c}_{1}）}{{t}_{1}}$mol•L-1•min-1（用代数式表示）．
（4）该课题组对铁明矾[Al2Fe（SO4）4•24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设，请完成假设2和假设3：
假设1：Fe2+起催化作用；
假设2：Al3+起催化作用；
假设3：SO42-起催化作用；
（5）请你设计实验验证上述假设一，完成表中内容．（除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O、Al2（SO4）3等．溶液中Cr2O72-的浓度可用仪器测定）
实验方案预期实验结果和结论
用等物质的量的K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他条件与实验①相同，进行对比实验

分析 （1）①②中PH不同，是探究PH对速率的影响，则②③是探究不同浓度时草酸对速率的影响；
（2）草酸中碳元素化合价为+3价，被氧化为+4价，Cr2O72-转化为Cr3+，根据电子守恒来计算；
（3）实验①②表明溶液pH越小，反应的速率越快，根据公式求算；
（4）根据铁明矾的组成分析；
（5）做对比实验：要证明Fe2+起催化作用，需做对比实验，再做没有Fe2+存在时的实验，用等物质的量K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验．

解答 解：（1）①②中PH不同，是探究PH对速率的影响；则②③是探究不同浓度时草酸对速率的影响，通过控制溶液的总体积相同，草酸的用量不同来达到目的，根据实验①②可知溶液的总体各是100mL，则实验③中的V1应是（100-60-20）mL=20mL，故答案为：20；
（2）草酸中碳元素化合价为+3价，氧化产物为CO2，被氧化为+4价，化合价共升高2价，Cr2O72-转化为Cr3+，化合价共降低了6价，根据电子守恒，参加反应的Cr2O72-与草酸的物质的量之比为是1：3，故答案为：1：3；
（3）由实验①②表明溶液pH越小，反应的速率越快，所以溶液pH对该反应的速率有影响，v（Cr3+）=2v（Cr2O72-）=$\frac{2（{c}_{0}-{c}_{1}）}{{t}_{1}}$mol•L-1•min-1，
故答案为：溶液pH对该反应的速率有影响； $\frac{2（{c}_{0}-{c}_{1}）}{{t}_{1}}$mol•L-1•min-1；
（4）根据铁明矾[Al2Fe（SO4）4•24H2O]组成分析，Al3+起催化作用；SO42-起催化作用，故答案为：Al3+起催化作用；SO42-起催化作用；
（5）要证明Fe2+起催化作用，需做对比实验，再做没有Fe2+存在时的实验，所以要选K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O，注意由于需要控制Al3+和SO42-浓度比，不要选用K2SO4和Al2（SO4）3；用等物质的量K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验，反应进行相同时间后，若溶液中c（Cr2O72-）大于实验①中c（Cr2O72-），则假设一成立；若两溶液中的c（Cr2O72-）相同，则假设一不成立；故答案为：

实验方案预期实验结果和结论
用等物质的量K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验反应进行相同时间后，若溶液中c（Cr2O72-）大于实验①中c（Cr2O72-），则假设一成立；若两溶液中的c（Cr2O72-）相同，则假设一不成立
．

点评 本题考查了探究重铬酸根与草酸反应过程中的催化作用，该反应为一比较熟悉的反应，还考查了从图象中获取数据并分析的能力、设计实验的能力等，难度中等．

练习册系列答案
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14．阿司匹林的有效成分是乙酰水杨酸（）．实验室以水杨酸（邻羟基苯甲酸）与醋酸酐[（CH3CO）2O]为主要原料合成乙酰水杨酸，制备的主要反应为：
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（2）火箭残骸中常现红棕色气体，原因为：N2O4 （g） 2NO2 （g） 一定温度下，该反应的焓变为△H．现将2mol NO2充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是ABD．

若在相同温度下，将上述反应改在体积为2L的恒容密闭容器中进行，平衡常数不变（填“增大”“不变”或“减小”），反应4min后N2O4的物质的量为0.8mol，则0～4s内的平均反应速率v（NO2）=0.2mol/L•s．
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