Question

2．酸性 KMnO₄溶液能与草酸（H₂C₂O₄）溶液反应．某化学探究小组利用反应过程中溶液紫色消失快慢的 方法来研究影响反应速率的因素．
I．实验前首先用浓度为 0.1000mol/L 酸性 KMnO₄标准溶液滴定未知浓度的草酸溶液．
（1）写出滴定过程中发生反应的离子方程式 2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（2）下列有关一定物质的量浓度溶液配制的说法中正确的是 C．
A．把 15.8g KMnO₄固体溶于 1L 水中所得溶液物质的量浓度为 0.1mol/L
B．把 0.01mol KMnO₄固体投入 100mL 容量瓶中加水至刻度线，充分振荡后，浓度为 0.1mol/L C．需要 90mL 0.1mol/L 的 KMnO₄溶液，应准确称量 KMnO₄ 固体 1 58g
D．定容时仰视容量瓶颈刻度线读数，会使配制的溶液浓度偏高
II．通过滴定实验得到草酸溶液的浓度为 0.2000mol/L．用该草酸溶液按下表进行后续实验（每次实验草酸溶液 的用量均为 8.00mL）．

实验 编号	温度 （℃）	催化剂 用量（g）	酸性高锰酸钾溶液
			体积（mL）	浓度（mol/L）
1	25	0.5	4.00	0.1000
2	50	0.5	4.00	0.1000
3	25	0.5	4.00	0.0100
4	25	0	4.00	0.1000

（3）写出表中实验 1 和实验 2 的实验目的： 探究温度不同对反应速率的影响．
（4）该小组同学对实验 1 和实验 3 分别进行了三次实验，测得以下实验数据（从混合振荡均匀开始计时）：

实验 编号	溶液褪色所需时间（min）
	第 1 次	第 2 次	第 3 次
1	14.0	13.0	11.0
2	6.5	6.7	6.8

分析上述数据后得出“其他条件相同时，酸性高锰酸钾溶液的浓度越小，褪色时间就越短，即反应速率就
越快”的结论．甲同学认为该小组“探究反应物浓度对速率影响”的实验方案设计中存在问题，从而得到 了 错 误 的 实 验 结 论，甲 同 学 改 进 了 实 验 方 案，请 简 述 甲 同 学 改 进．
（5）该实验中使用的催化剂应选择 MnSO₄并非 MnCl₂，原因可用离子方程式表示为 2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=5Cl₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
III．工业上可用软锰矿（主要成分为 MnO₂）经下列生产过程制备高锰酸钾．
①由软锰矿提取得到 MnO₂，然后在 MnO₂、KOH 的熔融混合物中通入空气可制得锰酸钾（K₂MnO₄）；
②向锰酸钾溶液中通入 CO₂ 可获得高锰酸钾．
（6）第①步生产过程中，在熔融混合物中通入空气时发生反应的化学方程式：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（7）向锰酸钾溶液中通入CO₂可获得高锰酸该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为2：1．

Answer 1

分析 （1）高锰酸钾具有强氧化性，能把草酸氧化成二氧化碳，自身被还原成二价锰离子；
（2）A．15.8gKMnO₄物质的量为0.1mol，溶于1L水中所得溶液的体积大于1L；
B．固体应先在烧杯中溶解，然后转移入容量瓶；
C．需要90mL的溶液，因为没有90mL容量瓶，故需要100mL容量瓶，经计算得知：配制0.1mol/L的KMnO₄溶液，应准确称量固体1.58g；
D．定容时仰视容量瓶颈刻度线读数，会使配制的溶液浓度偏低；
（3）Ⅱ实验1、2反应物用量完全相同，只有温度不同，目的就在于探究温度不同对反应速率的影响；
（4）高锰酸钾的物质的量相同，浓度不同的草酸溶液，可以探究反应物浓度对该反应速率的影响；
（5）酸性条件下，高锰酸根离子能将氯离子氧化成氯气；
（6）由工艺流程转化关系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空气时发生反应生成K₂MnO₄，根据元素守恒还应生成水．反应中锰元素由+4价升高为+6价，总升高2价，氧元素由0价降低为-2价，总共降低4价，化合价升降最小公倍数为4，所以MnO₂系数2，O₂系数为1，根据锰元素守恒确定K₂MnO₄系数，根据钾元素守恒确定KOH系数，根据氢元素守恒确定H₂O系数；
（7）由工艺流程转化关系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制备KMnO₄、还生成K₂CO₃、MnO₂，故化学方程式为3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+2K₂CO₃+MnO₂，升失氧化还原剂，得到的是氧化产物，降得还原氧化剂得到的是还原产物，据此进行分析．

解答 解：（1）高锰酸钾具有强氧化性，把草酸中的C从+3价氧化成+4价的二氧化碳，Mn元素从+7价变化到+2价的锰离子，由于草酸分子中有2个C原子，所以高锰酸钾与草酸的反应比例为 5：2，故反应的方程式为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（2）A．15.8gKMnO₄物质的量为0.1mol，溶于1L水中所得溶液的体积大于1L，故A错误；
B．固体应先在烧杯中溶解，然后转移入容量瓶，不能在容量瓶中溶解，故B错误；
C．需要90mL的溶液，因为没有90mL容量瓶，故需要100mL容量瓶，经计算得知：配制0.1mol/L的KMnO₄溶液，应准确称量固体1.58g，故C正确；
D．定容时仰视容量瓶颈刻度线读数，会使配制的溶液浓度偏低，故D错误，
故答案为：C；
（3）Ⅱ实验1、2反应物用量完全相同，只有温度不同，目的就在于探究温度不同对反应速率的影响；
故答案为：探究温度不同对反应速率的影响；
（4）因根据表格中的褪色时间长短来判断浓度大小与反应速率的关系，需满足高锰酸钾的物质的量相同，浓度不同的草酸溶液，故甲同学改进的实验方案其它条件相同时，利用等量且少量的高锰酸钾与等体积不同浓度的足量草酸溶液反应，测量溶液褪色时间，
故答案为：其它条件相同时，利用等量且少量的高锰酸钾与等体积不同浓度的足量草酸溶液反应，测量溶液褪色时间；
（5）酸性条件下，高锰酸根离子能将氯离子氧化成氯气，自身被还原成二价锰离子，反应方程式为2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=5Cl₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=5Cl₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
（6）由工艺流程转化关系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空气时发生反应生成K₂MnO₄，根据元素守恒还应生成水．反应中锰元素由+4价升高为+6价，总升高2价，氧元素由0价降低为-2价，总共降低4价，化合价升降最小公倍数为4，所以MnO₂系数2，O₂系数为1，根据锰元素守恒确定K₂MnO₄系数为2，根据钾元素守恒确定KOH系数为4，根据氢元素守恒确定H₂O系数为2，所以反应化学方程式为2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案为：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（7）由工艺流程转化关系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制备KMnO₄、还生成K₂CO₃、MnO₂，故化学方程式为3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+2K₂CO₃+MnO₂，升失氧化还原剂，得到的是氧化产物，故氧化产物为KMnO₄，降得还原氧化剂得到的是还原产物，故还原产物为MnO₂，故氧化产物与还原产物的物质的量之比为2：1，
故答案为：2：1．

点评 本题考查了探究温度、浓度对反应速率的影响、浓度随时间变化的曲线，题目难度中等，试题侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力．