Question

1．甲、乙两个实验小组利用KMnO₄酸性溶液与H₂C₂O₄溶液反应研究影响反应速率的因素（化学方程式为：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O）．
（1）请写出该反应对应的离子方程式（提示：H₂C₂O₄是弱酸）：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
设计实验方案如下（实验中所用KMnO₄溶液均已加入H₂SO₄）：
（2）甲组：通过测定单位时间内生成CO₂气体体积的大小来比较化学反应速率的大小．
实验装置如图，实验时分液漏斗中A溶液一次性放下，A、B的成分见表：

序号	T （K）	催化剂用量（g）	A溶液	B溶液
①①	298	0	2mL 0.2mol/L H2C2O4溶液	4mL 0.001mol/L KMnO4溶液
②②	298	0	2mL 0.2mol/L H2C2O4溶液	4mL 0.01mol/L KMnO4溶液
③③	323	0.5	2mL 0.2mol/L H2C2O4溶液	4mL 0.01mol/L KMnO4溶液
④④	298	0.5	2mL 0.2mol/L H2C2O4溶液	4mL 0.01mol/L KMnO4溶液

该实验探究的是温度、浓度、催化剂对化学反应速率的影响．在反应停止之前，相同时间内针管中所得CO₂的体积由大到小的顺序是③＞④＞②＞①（用实验序号填空）．
（3）乙组：通过测定KMnO₄溶液褪色所需时间的多少来比较化学反应速率的大小．取两支试管对实验①和②分别进行三次实验，测得以下实验数据（从混合振荡均匀开始计时）：

实验序号	溶液褪色所需时间t（min）
	第一次	第二次	第三次
①①	6	7	7
②②	14	11	14

实验②中用KMnO₄的浓度变化来表示该反应平均反应速率计算的表达式$\frac{4×1{0}^{-3}×0.01}{（4+2）×1{0}^{-3}×14}$mol•L^-1•min^-1（表达式中要用题中原始数据，无需算出结果，且假设混合溶液体积可以直接相加）．若不经过计算，直接看表中的褪色时间长短来判断浓度大小与反应速率的关系是否可行？不可行（填“可行”或“不可行”）．若不可行（若认为可行则下空不填），请设计可以通过直接观察褪色时间长短来判断的改进方案取过量且同体积、不同浓度的草酸和同体积同浓度的酸性KMnO₄溶液反应．

Answer 1

分析 （1）根据题中化学方程式改写成离子方程式；
（2）对比①②实验可探究浓度对化学反应速率的影响，对比③④实验可探究温度对化学反应速率的影响，对比②③实验可探究催化剂对化学反应速率的影响，据此分析二氧化碳的体积顺序；
（3）根据v=$\frac{△c}{△t}$列出表达式；从表中数据可知方法不可行；应该统一有颜色的高锰酸钾的量，让草酸过量且浓度不同．

解答 解：（1）题中给出了化学方程式为：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O，要拆的物质有高锰酸钾、硫酸、硫酸钾、硫酸锰，离子反应方程式为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（2）对比①②实验可探究浓度对化学反应速率的影响，②中A溶液的浓度比①中大，化学反应速率大，所得CO₂的体积大，对比③④实验可探究温度对化学反应速率的影响，温度高，化学反应速率快，二氧化碳含量大，对比②③实验可探究催化剂对化学反应速率的影响，③中使用了催化剂，故相同时间内③实验中所得二氧化碳最多，
故答案为：温度、浓度、催化剂；③＞④＞②＞①；
（3）c（KMnO₄）=0.01mol/L，与草酸混合后的浓度为：$\frac{4×1{0}^{-3}L×0.01mol•{L}^{-1}}{（4+2）×1{0}^{-3}L}$，从表中3次时间分析，第2次实验误差较大，应舍去这个无效数据，
所以△t=$\frac{14min+14min}{2}$=14min，故v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{4×1{0}^{-3}×0.01}{（4+2）×1{0}^{-3}×14}$mol•L^-1•min^-1；从表中数据可知浓度小的褪色时间反而短，是因为草酸过量，高锰酸钾的量太少的原因所致，所以不经过计算，直接看表中的褪色时间长短来判断浓度大小与反应速率的关系，不可行；应该统一有颜色的高锰酸钾的量，让草酸过量且浓度不同，
故答案为：$\frac{4×1{0}^{-3}×0.01}{（4+2）×1{0}^{-3}×14}$mol•L^-1•min^-1；不可行；取过量且同体积、不同浓度的草酸和同体积同浓度的KMnO₄酸性溶液反应．

点评 本题考查影响化学反应速率的因素，用控制变量法进行探究，实验设计这个小题比较新颖，考查学生灵活运用所学知识进行数据分析和处理，有一定难度．