【题目】某化学小组选用酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液,探究外界条件对化学反应速率的影响,进行了如下了三组实验:[实验内容及记录]
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 | |||
mol/L H2C2O4溶液 | H2O | 0.05mol/L KMnO4溶液 | 3 mol/L稀硫酸 | ||
1 | 3.0 | 1.0 | 4.0 | 2.0 | 4.0 |
2 | 2.0 | 2.0 | 4.0 | 2.0 | 5.2 |
3 | 1.0 | 3.0 | 4.0 | 2.0 | 6.4 |
请回答:
(1)[实验原理] _________________________________________(写离子方程式)
(2)为完成实验目的,H2C2O4溶液的物质的量浓度不低于__________________
(3)根据上表中的实验数据,可以得到的结论是_______________________________
(4)利用实验1中数据计算,用KMnO4的浓度变化表示的反应速率为:v(KMnO4)=______ 。
(5)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_________________________________________。
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 | |||||
_____mol/L H2C2O4溶液 | H2O | 0.05mol/L KMnO4溶液 | 3 mol/L稀硫酸 |
|
| |||
4 | 3.0 | 1.0 | 4.0 | 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__________________________________
【答案】 2MnO4-+5H2C2O4+6H+=== 2Mn2++10CO2↑+8H2O 0.5mol/L 其他条件相同时,增大H2C2O4浓度(或反应物浓度),反应速率增大 0.005mol / (L·min) 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) MnSO4 与实验1比较,溶液褪色所需时间短或所用时间(t)小于4.0min
【解析】(1)本题的实验原理是酸性高锰酸钾氧化草酸,酸性高锰酸钾褪色生成二价锰离子,草酸中的C被氧化为二氧化碳,化学方程式为:2KMNO4+5H2C2O4+3H2SO4═K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O,故答案为:2KMNO4+5H2C2O4+3H2SO4═K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O;
(2)高锰酸钾的物质的量为:0.05mol•L-1×0.004L=0.0002mol,根据方程式2KMNO4+5H2C2O4+3H2SO4═K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O,H2C2O4的物质的量至少为0.0002mol×=0.0005mol,在实验③中要保证高锰酸钾完全反应,物质的量浓度至少为=0.5mol/L,故答案为:0.5mol/L;
(3)从表中数据可知改变的条件是H2C2O4溶液的浓度;其他条件相同时,增大H2C2O4溶液的浓度,反应速率增大,故答案为:其他条件相同时,增大H2C2O4溶液的浓度,反应速率增大;
(4)实验1中,高锰酸钾的物质的量为:0.05mol•L-1×0.004L=0.0002mol,混合后高锰酸钾的物质的量浓度为=0.02mol/L,因此v(KMnO4)==0.005mol / (L·min) ,故答案为:0.005mol/(L•min);
(5)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)。
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