Question

19．一实验小组用酸性KMnO₄和H₂C₂O₄（草酸，水溶液为无色的二元弱酸）反应研究影响反应速率的因素，其欲通过测定单位时间内生成CO₂的速率，探究某种影响化学反应速率的因素，设计实验方案如下（KMnO₄溶液已酸化）：

实验序号	H2C2O4溶液	KMnO4溶液	温度
Ⅰ	20mL 0.2mol•L-1	30mL 0.01mol•L-1	25℃
Ⅱ	20mL 0.1mol•L-1	30mL 0.01mol•L-1	25℃
Ⅲ	20mL 0.2mol•L-1	30mL 0.01mol•L-1	50℃

（1）完成KMnO₄和H₂C₂O₄（草酸）反应的离子反应方程式：
2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
该反应过程中发生的实验现象溶液紫色变浅（或溶液紫色褪去），有无色气泡产生．
（2）实验Ⅰ、Ⅲ（填实验序号）探究的是温度对化学反应速率的影响．
（3）若用如图一进行该实验．
①在实验过程中装药品前必须进行的实验操作检查装置气密性（填操作名称）．若反应相同时间，则针筒中所得CO₂的体积由大到小的顺序是Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ（填实验序号）．
②若实验Ⅰ在2min末收集了4.48mL CO₂（气体体积已换算为标准状况下），则在2min末，c（MnO₄^-）=0.0052mol•L^-1．

（4）该实验小组同学发现KMnO₄和H₂C₂O₄（草酸）反应的反应速率总是如图二，其中t₁～t₂时间内速率变快的主要原因可能是：①该反应放热；②产物Mn²⁺（或MnSO₄）是反应的催化剂．

Answer 1

分析 （1）KMnO₄和H₂C₂O₄发生氧化还原反应生成锰离子、二氧化碳、水，根据得失电子守恒、电荷守恒配平离子方程式；高锰酸根为紫色，二价锰离子无色；
（2）对比Ⅰ、Ⅲ实验温度不同，其他条件相同；
（3）①该实验要收集气体，实验前必须检查气密性；反应速率越快，相同时间内收集到的二氧化碳越多；
②先求出反应的n（MnO₄^-）的物质的量，再求出反应后的浓度；
（4）根据反应过程中反应物浓度在减小，要加快反应的条件还可能是温度和催化剂的作用．

解答 解：（1）KMnO₄和H₂C₂O₄发生氧化还原反应生成锰离子、二氧化碳、水，KMnO₄和中锰降低了5价，1个H₂C₂O₄分子中有2个+3价的C，所以升高1×2=2价，根据化合价升降总数相等可以确定KMnO₄和H₂C₂O₄的比例关系为：2：5，再根据电荷守恒配平离子方程式：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；反应现象为溶液紫色变浅（或溶液紫色褪去），有无色气泡产生，
故答案为：2；5H₂C₂O₄；6H⁺；2；10；8；溶液紫色变浅（或溶液紫色褪去），有无色气泡产生；
（2）对比Ⅰ、Ⅲ实验可知温度不同，高锰酸钾溶液的浓度相同，草酸浓度也相同，则两个实验是探究温度对化学反应速率的影响，
故答案为：Ⅰ、Ⅲ；
（3）①该实验要收集气体，实验前必须检查气密性；Ⅱ中草酸的浓度比Ⅰ大，Ⅱ的化学反应速率大于Ⅰ，Ⅲ的温度最高，温度每升高10℃，反应速率增大2到4倍，所以Ⅲ的反应速率大于Ⅰ和Ⅱ，反应速率越快，相同时间内收集到的二氧化碳越多，则相同时间内所得CO₂的体积由大到小的顺序是Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ，
故答案为：检查装置气密性；Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ；
②CO₂的物质的量是：4.48×10^-3L÷22.4L/mol=0.0002mol，设2min末，消耗n（MnO₄^-）为x
2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
2                                               10
x                                                0.0002mol
解得x=0.00004mol
余下的n（MnO₄^-）=30×10^-3L×0.01mol•L^-1-0.00004mol=0.00026mol
则2min中末c（MnO₄^-）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.00026mol}{0.05L}$=0.0052mol/L
故答案为：0.0052；
（4）研究发现反应速率总是如图二所示发生变化，则t₁～t₂时间内速率变快的主要原因可能是：
①该反应为放热反应，反应放出的热量使环境温度升高，加快了反应速率，
②产物Mn²⁺（或MnSO₄）是反应的催化剂，
故答案为：产物Mn²⁺（或MnSO₄）是反应的催化剂．

点评 本题考查了影响化学反应速率的因素，注意掌握影响化学反应速率的因素，明确探究影响化学反应速率因素的方法，难度中等．