Question

3．用硫酸酸化的草酸（H₂C₂O₄，二元弱酸）溶液能将KMnO₄溶液中的MnO₄^-转化为Mn²⁺．某化学小组研究发现，少量MnSO₄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）常温下，控制KMnO₄溶液初始浓度相同，调节不同的初始pH和草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表．

实验 编号	温度	初始pH	0.1mol/L草酸溶液/mL	0.01mol/L KMnO4溶液 体积/mL	蒸馏水 体积/mL	待测数据（反应混合液褪色 时间/s）
①	常温	1	20	50	30	t1
②	常温	2	20	50	30	t2
③	常温	2	40	a	b	t3

表中a、b的值分别为：a=50、b=10
（2）该反应的离子方程式5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
（3）若t₁＜t₂，则根据实验①和②得到的结论是溶液的pH对该反应的速率有影响．
（4）请你设计实验验证MnSO₄对该反应起催化作用，完成下表中内容．

实验方案（不要求写出具体操作过程）	预期实验结果和结论
往反应混合液中加入少量MnSO4固体，控制其他反应条件与实验①相同， 进行对比实验	若反应混合液褪色时间小于实验①中的t1，则MnSO4对该反应起催化作用（若褪色时间相同，则MnSO4对该反应无催化作用）

（5）化学小组用滴定法测定KMnO₄溶液物质的量浓度：取ag草酸晶体（H₂C₂O₄•2H₂O，摩尔质量126g/mol）溶于水配成250mL溶液，取25.00mL溶液置于锥形瓶中，加入适量稀H₂SO₄酸化，再用KMnO₄溶液滴定至终点，重复滴定两次，平均消耗KMnO₄溶液VmL．滴定到达终点的现象是：加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液呈浅红色，且30秒内不褪色；
实验中所需的定量仪器有托盘天平、250mL容量瓶、（酸式）滴定管（填仪器名称）．

Answer 1

分析 （1）实验要求控制KMnO₄溶液初始浓度相同，根据总体积为100mL，计算水的体积；
（2）草酸与高锰酸钾反应是锰离子和二氧化碳、水；
（3）实验①和②只有pH不同，其它条件都相同；
（4）控制其他反应条件与实验①相同，加硫酸锰进行对比实验；
（5）草酸反应完毕，加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液变为红色，红色30s内不褪去，说明滴定到终点；根据称量固体用天平、配制溶液用容量瓶、量取液体用滴定管分析．

解答 解：（1）实验要求控制KMnO₄溶液初始浓度相同，则KMnO₄溶液的体积为50mL，总体积为100mL，则水的体积10mL，故答案为：50；10；
（2）草酸与高锰酸钾反应是锰离子和二氧化碳、水，其反应的离子方程式为：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
故答案为：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
（3）实验①和②只有pH不同，其它条件都相同，而且t₁＜t₂，说明溶液的pH对该反应的速率有影响，故答案为：溶液的pH对该反应的速率有影响；
（4）控制其他反应条件与实验①相同，加硫酸锰进行对比实验，若反应混合液褪色时间小于实验①中的t₁，则MnSO₄对该反应起催化作用（若褪色时间相同，则MnSO₄对该反应无催化作用）；
故答案为：往反应混合液中加入少量MnSO₄固体，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验；
（5）高锰酸钾本身有颜色，故不需要另加指示剂，草酸反应完毕，加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液呈浅红色，红色30s内不褪去，说明滴定到终点；
称量固体用托盘天平、配制250ml溶液用250mL容量瓶、量取KMnO₄溶液和草酸溶液用到酸式滴定管；
故答案为：加入最后一滴KMnO₄溶液，溶液呈浅红色，且30s内不褪去；托盘天平、250mL容量瓶、（酸式）滴定管．

点评 本题主要结合实验考查了影响化学反应速率的因素，题目难度中等，注意掌握温度、浓度、催化剂对化学反应速率的影响，在用对照试验来探究外界条件对反应速率的影响时，必须保证其他影响反应速率的条件一致．