Question

某化學興趣小組在一次實驗探究中發現，向草酸溶液中逐滴加入高錳酸鉀溶液時，溶液褪色先慢后快，即反應速率由小變大。小組成員為此“異常”現象展開討論，猜想造成這種現象的最可能原因有兩種，并為此設計實驗進行探究驗證。
猜想Ⅰ：此反應過程放熱，溫度升高，反應速率加快；
猜想Ⅱ：……。
【實驗目的】探究草酸與高錳酸鉀反應的速率變化“異常”原因
【實驗用品】儀器：試管、膠頭滴管、量筒、藥匙、玻璃棒等；
試劑：0.1mol/L H₂C₂O₄溶液、0.05mol/L KMnO₄（硫酸酸化）溶液等。
請你根據該興趣小組的實驗探究設計思路，補充完整所缺內容。
（1）草酸（H₂C₂O₄，弱酸）與酸性KMnO₄溶液反應的離子方程式為（已知：MnO₄^＿還原產物是Mn²⁺）                                                    。
（2）要完成對猜想Ⅰ的實驗驗證，至少還需要一種實驗儀器是               。
（3）猜想Ⅱ可能是______________________________________________________________。要設計實驗驗證猜想Ⅱ，進行該實驗還要補充一種試劑及一種儀器，分別是             。
（4）基于猜想Ⅱ成立，設計方案進行實驗，請完成以下實驗記錄表內容。

	試管A	試管B
加入試劑
（預期）實驗現象 （褪色時間）
結論	猜想Ⅱ正確

 

Answer 1

（1）5H₂C₂O₄+ 2MnO₄^—+6H⁺=10CO₂↑+2 Mn²⁺+8H₂O　（2分）
（2）溫度計　（1分）
（3）生成的Mn²⁺在反應中起到催化劑的作用，加快了反應速率（2分）；MnSO₄(S)、秒表（2分）
（4）（4分）

	試管A	試管B
加入試劑	1mL0.05mol/L KMnO4 2mL0.1mol/L H2C2O4	1mL0.05mol/L KMnO4 2mL0.1mol/L H2C2O4 少量MnSO4
（預期）實驗現象 （褪色時間）	褪色較慢	褪色很快
結論	猜想Ⅱ正確

 

試題分析：（1）草酸具有還原性，被酸性高錳酸鉀氧化為二氧化碳，根據提示MnO₄^＿還原產物是Mn²⁺ ，所以改氧化還原反應的方程式為：5H₂C₂O₄+ 2MnO₄^—+6H⁺=10CO₂↑+2 Mn²⁺+8H₂O。
（2）從實驗目的出發，探究草酸與高錳酸鉀反應的速率變化，一般情況下隨著反應的進行，反應物的濃度下降反應速率也隨之減小，但是卻出現異常。所以從影響化學反應速率的的因素上想問題，根據猜想1不難得出造成突變的原因是溫度，所以需要測定溫度變化的儀器溫度計，故答案是溫度計。
（3）除了猜想1，能加快反應速率的因素還有催化劑，所以猜想二可以從催化劑入手，因此可以得出猜想：生成的Mn²⁺在反應中起到催化劑的作用，加快了反應速率。而要驗證這一猜想，可以加入含有Mn²⁺的試劑，可以是硫酸錳，同時可以用秒表測定反應速率是否受到影響，以此來驗證這一猜想是否正確。
（4）基于猜想二，設計實驗驗證需要作對比實驗，由于反應物種的高錳酸鉀為有色試劑，所以可以從顏色變化快慢上初步判斷猜想二的正確性，所以實驗步驟如下：

	試管A	試管B
加入試劑	1mL0.05mol/L KMnO4 2mL0.1mol/L H2C2O4	1mL0.05mol/L KMnO4 2mL0.1mol/L H2C2O4 少量MnSO4
（預期）實驗現象 （褪色時間）	褪色較慢	褪色很快
結論	猜想Ⅱ正確