Question

【題目】某研究小組為了驗證反應物濃度對反應速率的影響，選用硫酸酸化的高錳酸鉀溶液與草酸溶液在室溫下進行反應。實驗中所用的草酸為稀溶液，可視為強酸。

(1)將高錳酸鉀氧化草酸的離子方程式補充完整。

2MnO4- +_______C2O42- +_____ _____=2Mn2+ +______CO2↑ +_______H2O

(2)該小組進行了實驗I，數據如下。

H2SO4溶液	KMnO4溶液	H2C2O4溶液	褪色時間（分:秒）
1mL 2mol/L	2mL 0.01mol/L	1mL 0.1mol/L	2:03
1mL 2mol/L	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	2:16

一般來說，其他條件相同時，增大反應物濃度，反應速率______。但分析實驗數據，得到的結論是______。

(3)該小組欲探究出現上述異常現象的原因，在實驗I的基礎上，只改變草酸溶液濃度進行了實驗II，獲得實驗數據并繪制曲線圖如下。

①用文字描述曲線圖表達的信息______。

②該小組查閱資料獲取如下信息，其中能夠解釋MO變化趨勢的是______。

a	KMnO4與H2C2O4反應是分步進行的，反應過程中生成Mn（VI）、Mn（III）、Mn（IV），最終變為無色的Mn（II）。（括號中羅馬數字表示錳的化合價）
b	草酸根易與不同價態錳離子形成較穩定的配位化合物。
c	草酸穩定性較差，加熱至185℃可分解。

(4)該小組為探究ON段曲線變化趨勢的原因，又進行了實驗III，所得數據如下。

H2SO4溶液	Na2SO4固體	KMnO4溶液	H2C2O4溶液	褪色時間（分:秒）
1mL 0.1mol/L	1.9×10-3mol	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	16:20
1mL 0.5mol/L	1.5×10-3mol	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	8:25
1mL 1.0mol/L	1.0×10-3mol	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	6:15
1mL 2.0mol/L	0	2mL 0.01mol/L	1mL 0.2mol/L	2:16

該小組進行實驗III的目的是______。

(5)綜合實驗I、II、III，推測造成曲線MN變化趨勢的原因______。為驗證該推測還需要補充實驗，請對實驗方案進行理論設計______。

Answer 1

【答案】5 16 H+ 10 8 增大 在當前實驗條件下，增大草酸濃度，反應速率減小 當草酸濃度小于0.4mol/L時，反應速率隨著草酸濃度增加而減小，當草酸濃度大于0.4mol/L時，反應速率隨著草酸濃度增加而增加 ab 探究其他離子濃度不變，溶液中H+濃度對反應速率的影響 當草酸濃度較小時，C2O42- 起主要作用，草酸濃度越大，反應速率越小；當草酸濃度較大時，H+起主要作用，使得草酸濃度越大，反應速率越大。 為驗證C2O42-對反應速率的影響，保持高錳酸鉀與硫酸溶液濃度不變，增加草酸鈉的濃度，記錄反應速率；若隨著草酸鈉濃度增加，反應速率降；證明C2O42-濃度越大，反應速率越小。（實驗方案包括：目的，操作，現象，結論）

【解析】

(1)根據元素守恒知，生成物中生成水，根據轉移電子守恒、原子守恒配平方程式；
(2)一般來說，其他條件相同時，增大反應物濃度，反應速率增大，但表格數據草酸濃度大時速率小；
(3)①圖象描述的是當草酸濃度小于0.4mol/L時，反應速率隨著草酸濃度增加而減小，當草酸濃度大于0.4mol/L時，反應速率隨著草酸濃度增加而增加，據此進行分析；
②據MO變化趨勢，得出反應速率隨著草酸濃度增加而減小，可能原因是KMnO4與H2C2O4反應是分步進行的，反應過程中生成Mn(VI)、Mn(III)、Mn(IV)，最終變為無色的Mn(II)，以及草酸根易與不同價態錳離子形成較穩定的配位化合物，據此進行分析；

(4)該實驗中的變值為H+濃度；
(5)當草酸濃度較小時，C2O42-起主要作用，草酸濃度越大，反應速率越小；當草酸濃度較大時，H+起主要作用，使得草酸濃度越大，反應速率越大。
為驗證C2O42-對反應速率的影響，保持高錳酸鉀與硫酸溶液濃度不變，增加草酸鈉的濃度。

(1)酸性條件下高錳酸根離子和草酸根離子發生氧化還原反應，根據元素守恒知，生成物中生成水，該反應中Mn元素化合價由+7價變為+2價、C元素化合價由+3價變為+4價，轉移電子數為10，根據轉移電子守恒、原子守恒配平方程式得2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，故答案為：5；16H+；10；8；
(2)在當前實驗條件下，當高錳酸鉀一定時，增大草酸濃度，反應時間延長，故得到的結論是在當前實驗條件下，增大草酸濃度，反應速率減小，故答案為：在當前實驗條件下，增大草酸濃度，反應速率減小；

(3)①當草酸濃度小于0.4mol/L時，反應速率隨著草酸濃度增加而減小，當草酸濃度大于0.4mol/L時，反應速率隨著草酸濃度增加而增加，故答案為：當草酸濃度小于0.4mol/L時，反應速率隨著草酸濃度增加而減小，當草酸濃度大于0.4mol/L時，反應速率隨著草酸濃度增加而增加；

②MO變化趨勢，得出反應速率隨著草酸濃度增加而減小，可能原因是KMnO4與H2C2O4反應是分步進行的，反應過程中生成Mn(VI)、Mn(III)、Mn(IV)，最終變為無色的Mn(II)，以及草酸根易與不同價態錳離子形成較穩定的配位化合物，故答案為：ab；
(4)該小組進行實驗III中控制的變量是氫離子濃度，加入硫酸鈉固體是為了保證硫酸根離子濃度一致，目的是探究其他離子濃度不變，溶液中H+濃度對反應速率的影響，故答案為：探究其他離子濃度不變，溶液中H+濃度對反應速率的影響；
(5)綜合實驗I、II、III，可推測出造成曲線MN變化趨勢的原因是：當草酸濃度較小時，C2O42-起主要作用，草酸濃度越大，反應速率越小；當草酸濃度較大時，H+起主要作用，使得草酸濃度越大，反應速率越大；
為驗證C2O42-對反應速率的影響，應保持高錳酸鉀與硫酸溶液濃度不變，增加草酸鈉的濃度，記錄反應速率；若隨著草酸鈉濃度增加，反應速率降低；證明C2O42-濃度越大，反應速率越小；

故答案為：當草酸濃度較小時，C2O42-起主要作用，草酸濃度越大，反應速率越小；當草酸濃度較大時，H+起主要作用，使得草酸濃度越大，反應速率越大；

為驗證C2O42-對反應速率的影響，保持高錳酸鉀與硫酸溶液濃度不變，增加草酸鈉的濃度，記錄反應速率；若隨著草酸鈉濃度增加，反應速率降低；證明C2O42-濃度越大，反應速率越小（實驗方案包括：目的，操作，現象，結論）。