Question

【题目】某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O转化为Cr3＋。某课题组研究发现，少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即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)在25 ℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表(表中不要留空格)。

实验 编号	初始 pH	废水样品 体积/mL	草酸溶液 体积/mL	蒸馏水 体积/mL
①	4	60	10	30
②	5	60	10	30
③	5	60	_________	_________

测得实验①和②溶液中的Cr2O72—浓度随时间变化关系如图所示。

(2)上述反应后草酸被氧化为__________________(填化学式)。

(3)实验①和②的结果表明____________________；实验①中0～t1时间段反应速率v(Cr3＋)＝____________mol·L－1·min－1(用代数式表示)。

(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：

假设一：Fe2＋起催化作用；

假设二：___________________________；

假设三：___________________________；

(5)请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。[除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的浓度可用仪器测定]

实验方案（不要求写具体操作过程)	预期实验结果和结论
_____________

（6）某化学兴趣小组要完成中和热的测定，实验桌上备有大、小两个烧杯、泡沫塑料、泡沫塑料板、胶头滴管、环形玻璃搅拌棒、0.5 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1NaOH溶液,实验尚缺少的玻璃用品是___、_____。

(7)他们记录的实验数据如下:

实验用品			溶液温度		中和热
			t1	t2	ΔH
①	50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液	50 mL 0.5 mol·L-1 HCl溶液	20 ℃	23.3 ℃
②	50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液	50 mL 0.5 mol·L-1 HCl溶液	20 ℃	23.5 ℃

已知:Q=cm(t2-t1),反应后溶液的比热容c为4.18 kJ·℃-1·kg-1,各物质的密度均为1 g·cm-3。计算完成上表中的ΔH_________________________。

(8)若用KOH代替NaOH,对测定结果____(填“有”或“无”)影响;若用醋酸代替HCl做实验,对测定结果ΔH____(填“偏大”或“偏小”无影响)。

Answer 1

【答案】20 20 CO2 溶液pH对该反应的速率有影响 2(c0-c1)/t1 Al3＋起催化作用 SO42—起催化作用 用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他条件与实验①相同，进行对比实验 反应进行相同时间后，若溶液中c(Cr2O72—)大于实验①中的c(Cr2O72—)则假设一成立，若两溶液中的c(Cr2O72—)相同，则假设一不成立 量筒 温度计 -56.85kJ·mol-1 无 偏大

【解析】

（1）①②中pH不同，是探究pH对速率的影响；则②③是探究不同浓度时草酸对速率的影响；

（2）草酸中碳元素化合价为+3价，被氧化为+4价，Cr2O72-转化为Cr3+，根据电子守恒来计算；

（3）实验①②表明溶液pH越小，反应的速率越快，根据公式求算；

（4）根据铁明矾的组成分析；

（5）做对比实验：要证明Fe2+起催化作用，需做对比实验，再做没有Fe2+存在时的实验，用等物质的量K2SO4Al2（SO4）324H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验；

（6）根据中和热测定的实验步骤选用需要的仪器，然后判断还缺少的仪器；

（7）先求出2次反应的温度差，根据公式Q=cm△T来求出生成0.025mol的水放出热量，最后根据中和热的概念求出中和热；

（8）反应放出的热量和所用酸以及碱的量的多少有关。

（1）①②中pH不同，是探究PH对速率的影响；则②③是探究不同浓度时草酸对速率的影响，故答案为：

实验编号	初始 pH	废水样品 体积/mL	草酸溶液 体积/mL	蒸馏水 体积/mL
③			20	20

（2）草酸中碳元素化合价为+3价，氧化产物为CO2，被氧化为+4价，化合价共升高2价，Cr2O72-转化为Cr3+，化合价共降低了6价，根据电子守恒，参加反应的Cr2O72-与草酸的物质的量之比为是1：3，离子方程式为：Cr2O72-+3H2C2O4+8H+=6CO2↑+2Cr3++7H2O，故答案为：Cr2O72-+3H2C2O4+8H+=6CO2↑+2Cr3++7H2O；
（3）由实验①②表明溶液pH越小，反应的速率越快，所以溶液pH对该反应的速率有影响，v（Cr3+）=2v（Cr2O72-）=2(c0-c1)/t1molL-1min-1，故答案为：2(c0-c1)/t1 溶液pH对该反应的速率有影响；

（4）根据铁明矾[Al2Fe（SO4）424H2O]组成分析，Al3+起催化作用；SO42-起催化作用，故答案为：Al3+起催化作用；SO42-起催化作用；

（5）要证明Fe2+起催化作用，需做对比实验，再做没有Fe2+存在时的实验，所以要选K2SO4Al2（SO4）324H2O，注意由于需要控制Al3+和SO42-浓度比，不要选用K2SO4和Al2（SO4）3；用等物质的量K2SO4Al2（SO4）324H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验，反应进行相同时间后，若溶液中c（Cr2O72-）大于实验①中c（Cr2O72-），则假设一成立；若两溶液中的c（Cr2O72-）相同，则假设一不成立；故答案为：

实验方案	预期实验结果和结论
用等物质的量K2SO4Al2（SO4）324H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验	反应进行相同时间后，若溶液中c（Cr2O72-）大于实验①中c（Cr2O72-），则假设一成立；若两溶液中的c（Cr2O72-）相同，则假设一不成立

（6）中和热的测定过程中，需要用量筒量取酸溶液、碱溶液的体积，需要使用温度计测量温度，所以还缺少量筒、温度计，故答案为：量筒、温度计；
（7）第1次反应前后温度差为：3.3℃，第2次反应前后温度差为：3.5℃，平均温度差为3.4℃，50mL0.55molL-1NaOH溶液与50mL0.5molL-1HCl溶液混合，氢氧化钠过量，反应生成了0.025mol水，50mL0.5molL-1 盐酸、0.55molL-1NaOH溶液的质量和为：m=100mL×1g/mL=100g，c=4.18J/（g℃），代入公式Q=cm△T得生成0.025mol的水放出热量Q=4.18J/（g℃）×100g×3.4℃=1.4212kJ，即生成0.025mol的水放出热量1.4212kJ，所以生成1mol的水放出热量为1.4212kJ×1mol/0.025mol=-56.8kJ，即该实验测得的中和热△H=-56.8kJmol-1,故答案为：-56.8kJmol-1；

(8) KOH代替NaOH对结果无影响，因为二者都是强碱，与HCl反应生成易溶盐和水，所以中和热不变；醋酸电离过程为吸热过程，所以用醋酸代替HCl做实验，反应放出的热量偏小，但△H偏大；故答案为：无；偏大。