Question

12．某小组利用H₂C₂O₄溶液和酸性KMnO₄溶液反应来探究“条件对化学反应速率的影响”，进行了如下实验：

实验 编号	室温下，试管中所加试剂及其用量/mL				室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min
	0.6 mol/L H2C2O4溶液	H2O	0.2 mol/L KMnO4溶液	3 mol/L稀硫酸
1	3.0	4.0	1.0	2.0	6.4
2	3.0	3.0	2.0	2.0	5.2
3	3.0	2.0	3.0	2.0	4.0

请回答：
（1）已知KMnO₄酸性溶液与H₂C₂O₄溶液反应有CO₂生成，用化学方程式表示该实验的实验原理：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O．
（2）根据表中的实验数据，可以得到的结论是其他条件相同时，增大KMnO₄浓度，反应速率增大．
（3）利用实验3中数据计算，用KMnO₄的浓度变化表示的反应速率为v（KMnO₄）=1.5×10^-2mol/（L•min）．
（4）该小组同学根据经验绘制了n（Mn²⁺）随时间变化趋势的示意图，如图1所示．但有同学查阅已有的实验资料发现，该实验过程中n（Mn²⁺）随时间变化的趋势应如图2所示．

该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设，并继续进行实验探究．
①该小组同学提出的假设是生成物中的MnSO₄为该反应的催化剂（或Mn²⁺对该反应有催化作用）．
②请你帮助该小组同学完成实验方案，并填写表中空白．

实验编号	室温下，试管中所加试剂及其用量/mL				再向试管中加入少量固体	室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min
	0.6 mol/L H2C2O4溶液	H2O	0.2 mol/L KMnO4溶液	3 mol/L稀硫酸
4	3.0	2.0	3.0	2.0		t

③若该小组同学提出的假设成立，应观察到的现象是与实验1比较，溶液褪色所需时间短（或所用时间（t）小于4min）．

Answer 1

分析 （1）在稀硫酸中，KMnO₄能将H₂C₂O₄氧化为CO₂，本身被还原生成硫酸锰，Mn元素由+7价降低为+2价；
（2）从表中数据可知改变的条件是KMnO₄浓度，根据高锰酸钾溶液溶液浓度不同对反应速率的影响进行解答；
（3）先根据草酸和高锰酸钾的物质的量判断过量，然后根据不足量及反应速率表达式计算出反应速率；
（4）①由图乙可知反应开始后锰离子浓度增大，反应速率增加的比较快，所以探究的是硫酸镁在反应中的作用；
②作对比实验时，除了加入MnSO₄不同外，其它量完全相同，据此进行解答；
③若反应加快，说明Mn²⁺是催化剂，反应过程中溶液褪色时间减少．

解答 解：（1）在稀硫酸中，KMnO₄能将H₂C₂O₄氧化为CO₂，本身被还原生成硫酸锰，该反应为2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O，
故答案为：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=10CO₂↑+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O；
（2）从表中数据可知改变的条件是KMnO₄浓度；其他条件相同时，增大KMnO₄浓度，反应速率增大，
故答案为：其他条件相同时，增大KMnO₄浓度反应速率增大； 
（3）草酸的物质的量为：0.6mol•L^-1×0.003L=0.0018mol，高锰酸钾的物质的量为：0.2mol•L^-1×0.003L=0.0006mol，草酸和高锰酸钾的物质的量之比为：0.0018mol：0.0006mol=3：1，显然草酸过量，高锰酸钾完全反应，混合后溶液中高锰酸钾的浓度为：$\frac{0.2mol/L×0.003L}{（3+2+3+2）×1{0}^{-3}L}$=0.06mol/L，
这段时间内平均反应速率v（KMnO₄）=$\frac{0.06mol/L}{4min}$=1.5×10^-2 mol/（L•min），
故答案为：1.5×10^-2 mol/（L•min）；
（4）①由图乙可知反应开始后速率增大的比较快，说明生成物中的MnSO₄（或Mn²⁺）为该反应的催化剂，
故答案为：生成物中的MnSO₄为该反应的催化剂（或Mn²⁺对该反应有催化作用）；
②与实验1作对比实验，则加入的硫酸锰的量不同，其它条件必须相同，所以加入的少量固体为MnSO₄，
故答案为：MnSO₄；
③若该小组同学提出的假设成立，则反应速率加快，溶液褪色的时间小于4min，从而说明Mn²⁺是催化剂，
故答案为：与实验1比较，溶液褪色所需时间短（或所用时间（t）小于4min）．

点评 本题主要结合实验考查了影响化学反应速率的因素、电解原理，题目难度中等，注意掌握温度、催化剂对化学反应速率的影响，解题关键是对比分析图表中的数据找出相同点和不同点，然后得出合理结论．