Question

8．某研究小组为了验证反应物浓度对反应速率的影响，选用硫酸酸化的高锰酸钾溶液与草酸溶液在室温下进行反应．
实验中所用的草酸为稀溶液，可视为强酸．
（1）将高锰酸钾氧化草酸的离子方程式补充完整．
2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2 Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
（2）该小组进行了实验I，数据如表．

H2SO4溶液	KMnO4溶液	H2C2O4溶液	褪色时间（分：秒）
1mL 2mol/L	2mL 0.01mol/L	1mL 0.1mol/L	2：03
1mL 2mol/L	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	2：16

一般来说，其他条件相同时，增大反应物浓度，反应速率．
但分析实验数据，得到的结论是在当前实验条件下，增大草酸浓度，反应速率减小．
（3）该小组欲探究出现上述异常现象的原因，在实验I的基础上，只改变草酸溶液浓度进行了实验II，获得实验数据并绘制曲线图如图．
①用文字描述曲线图表达的信息当草酸浓度小于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而减小，当草酸浓度大于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而增加．
②该小组查阅资料获取如下信息，其中能够解释MO变化趋势的是ab．

a	KMnO4与H2C2O4反应是分步进行的，反应过程中生成Mn（VI）、Mn（III）、Mn（IV），最终变为无色的Mn（II）．（括号中罗马数字表示锰的化合价）
b	草酸根易与不同价态锰离子形成较稳定的配位化合物．
c	草酸稳定性较差，加热至185℃可分解．

（4）该小组为探究ON段曲线变化趋势的原因，又进行了实验III，所得数据如表．

H2SO4溶液	Na2SO4固体	KMnO4溶液	H2C2O4溶液	褪色时间（分：秒）
1mL 0.1mol/L	1.9×10-3mol	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	16：20
1mL 0.5mol/L	1.5×10-3mol	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	8：25
1mL 1.0mol/L	1.0×10-3mol	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	6：15
1mL 2.0mol/L	0	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	2：16

该小组进行实验III的目的是小组进行实验III的目的是探究其他离子浓度不变，溶液中H⁺浓度对反应速率的影响；．
（5）综合实验I、II、III，推测造成曲线MN变化趋势的原因．为验证该推测还需要补充实验，请对实验方案进行理论设计．

Answer 1

分析 （1）酸性条件下高锰酸根离子和草酸根离子发生氧化还原反应，根据元素守恒知，生成物中生成水，该反应中Mn元素化合价由+7价变为+2价、C元素化合价由+3价变为+4价，根据转移电子守恒、原子守恒配平方程式；
（2）据表格数据进行分析；
（3）①图象描述的是当草酸浓度小于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而减小，当草酸浓度大于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而增加，据此进行分析；
②据MO变化趋势，得出反应速率随着草酸浓度增加而减小，可能原因是KMnO₄与H₂C₂O₄反应是分步进行的，反应过程中生成Mn（VI）、Mn（III）、Mn（IV），最终变为无色的Mn（II），以及草酸根易与不同价态锰离子形成较稳定的配位化合物，据此进行分析；
（4）小组进行实验III的目的是探究其他离子浓度不变，溶液中H⁺浓度对反应速率的影响；
（5）当草酸浓度较小时，C₂O₄^2-起主要作用，草酸浓度越大，反应速率越小；当草酸浓度较大时，H⁺起主要作用，使得草酸浓度越大，反应速率越大．
为验证C₂O₄^2-对反应速率的影响，保持高锰酸钾与硫酸溶液浓度不变，增加草酸钠的浓度，记录反应速率；若随着草酸钠浓度增加，反应速率降低；证明C₂O₄^2-浓度越大，反应速率越小（实验方案包括：目的，操作，现象，结论），据此进行分析．

解答 解：（1）酸性条件下高锰酸根离子和草酸根离子发生氧化还原反应，根据元素守恒知，生成物中生成水，该反应中Mn元素化合价由+7价变为+2价、C元素化合价由+3价变为+4价，转移电子数为10，根据转移电子守恒、原子守恒配平方程式得2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：5；16 H⁺； 10； 8；
（2）在当前实验条件下，当高锰酸钾一定时，增大草酸浓度，反应时间延长，故得到的结论是在当前实验条件下，增大草酸浓度，反应速率减小，
故答案为：在当前实验条件下，增大草酸浓度，反应速率减小；
（3）①当草酸浓度小于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而减小，当草酸浓度大于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而增加，
故答案为：当草酸浓度小于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而减小，当草酸浓度大于0.4mol/L时，反应速率随着草酸浓度增加而增加；
②MO变化趋势，得出反应速率随着草酸浓度增加而减小，可能原因是KMnO₄与H₂C₂O₄反应是分步进行的，反应过程中生成Mn（VI）、Mn（III）、Mn（IV），最终变为无色的Mn（II），以及草酸根易与不同价态锰离子形成较稳定的配位化合物，
故答案为：ab；
（4）小组进行实验III的目的是探究其他离子浓度不变，溶液中H⁺浓度对反应速率的影响，
故答案为：探究其他离子浓度不变，溶液中H⁺浓度对反应速率的影响；
（5）实验方案进行理论设计如下：当草酸浓度较小时，C₂O₄^2-起主要作用，草酸浓度越大，反应速率越小；当草酸浓度较大时，H⁺起主要作用，使得草酸浓度越大，反应速率越大．
为验证C₂O₄^2-对反应速率的影响，保持高锰酸钾与硫酸溶液浓度不变，增加草酸钠的浓度，记录反应速率；若随着草酸钠浓度增加，反应速率降低；证明C₂O₄^2-浓度越大，反应速率越小（实验方案包括：目的，操作，现象，结论），
答：当草酸浓度较小时，C₂O₄^2-起主要作用，草酸浓度越大，反应速率越小；当草酸浓度较大时，H⁺起主要作用，使得草酸浓度越大，反应速率越大．
为验证C₂O₄^2-对反应速率的影响，保持高锰酸钾与硫酸溶液浓度不变，增加草酸钠的浓度，记录反应速率；若随着草酸钠浓度增加，反应速率降低；证明C₂O₄^2-浓度越大，反应速率越小（实验方案包括：目的，操作，现象，结论）．

点评 本题考查离子方程式的书写，探究影响化学反应速率的因素，着重考查学生看图及分析数据的能力，本题难度中等．