题目内容
【题目】某化学实验小组用酸性 KMnO4 溶液和草酸(H2C2O4)溶液反应,研究外界条件对反应速率的影响,实验操作及现象如下:
编号 | 实验操作 | 实验现象 |
向一支试管中先加入 1mL 0.01 mol/L 酸性KMnO4 溶液,再加入 1 滴 3mol/L 硫酸和 9 滴蒸馏水,最后加入1mL 0.1mol/L 草酸溶液 | 前 10min 内溶液紫色无明显变化,后颜色逐渐变浅, 30 min 后几乎变为无色 | |
Ⅱ | 向另一支试管中先加入 1mL 0.01mol/L 酸性KMnO4 溶液,再加入 10 滴 3mol/L 硫酸,最后加入 1mL 0.1mol/L 草酸溶液 | 80s 内溶液紫色无明显变化,后颜色迅速变浅,约150s 后几乎变为无色 |
(1)将高锰酸钾与草酸反应的离子方程式补充完整__________:
□MnO
+□H2C2O4 + □ = □Mn2+ +□ +□H2O
(2)由实验 I、Ⅱ可得出的结论是_____。
(3)关于实验Ⅱ中 80s 后溶液颜色迅速变浅的原因,该小组提出了猜想:该反应中生成的 Mn2+ 对反应有催化作用。设计实验 Ⅲ,验证猜想。
① 补全实验Ⅲ的操作:
向试管中先加入 1mL 0.01mol/L 酸性 KMnO4 溶液,_____,最后加入 1mL 0.1mol/L 草酸溶液。
②若猜想成立,应观察到的实验现象是________。
【答案】2MnO4-+6H++5H2C2O4=2Mn2++10CO2↑+8H2O 氢离子(或H2SO4)浓度越大,反应速率越大 再加入10滴3 mol/L硫酸,然后加入少量MnSO4固体 加入草酸后,溶液迅速褪色
【解析】
酸性高锰酸钾溶液有强氧化性,草酸有还原性,二者发生氧化还原反应,因此高锰酸钾溶液会褪色,高锰酸钾溶液褪色速率越快,反应速率越快,从而得出外界条件对该反应速率的影响。
(1)MnO
中的Mn元素化合价从+7降低到+2,MnO
作氧化剂,则H2C2O4作还原剂,其氧化产物为CO2。Mn元素化合价降低了5,C元素化合价从+3升高到+4,升高了2×1=2,根据得失电子守恒得:MnO
和Mn2+前配2,H2C2O4前配5,CO2前配10,结合电荷守恒、溶液为酸性可知反应物缺项为6H+,再结合原子守恒可知生成物H2O前配8,最终结果为:2MnO4-+6H++5H2C2O4=2Mn2++10CO2↑+8H2O,故答案为;2MnO4-+6H++5H2C2O4=2Mn2++10CO2↑+8H2O;
(2)对比实验I、Ⅱ,高锰酸钾的量相同,加入酸的量不同,总体积几乎相同,则氢离子(或H2SO4)浓度不同,Ⅱ中氢离子(或H2SO4)浓度较大,反应速率越快,所以结论为:氢离子(或H2SO4)浓度越大,反应速率越大,故答案为:氢离子(或H2SO4)浓度越大,反应速率越大;
(3)①根据控制变量法的原则,若要验证Mn2+对该反应有催化作用,在控制其条件相同的条件下,加一组实验Ⅱ的对比实验,该组实验中除其它步骤和实验Ⅱ相同外,加入少量MnSO4固体,观察实验现象。因此操作为:向试管中先加入 1mL 0.01mol/L 酸性 KMnO4 溶液,再加入10滴3 mol/L硫酸,然后加入少量MnSO4固体,最后加入 1mL 0.1mol/L 草酸溶液,故答案为:再加入10滴3 mol/L硫酸,然后加入少量MnSO4固体;
②若Mn2+对反应有催化作用,加入草酸后,溶液迅速褪色,故答案为:加入草酸后,溶液迅速褪色。