Question

KMnO₄酸性溶液與草酸（H₂C₂O₄）溶液反應時，溶液紫色會逐漸褪去。某探究小組用測定此反應溶液紫色消失所需時間的方法，研究外界條件對反應速率的影響。該實驗條件作如下限定：
①所用KMnO₄酸性溶液的濃度可選擇：0.02 mol·L^-1、0.002 mol·L^-1；
②所用H₂C₂O₄溶液的濃度可選擇：0.2 mol·L^-1、0.4 mol·L^-1；
③每次實驗時KMnO₄酸性溶液的用量均為4 mL、H₂C₂O₄溶液的用量均為2mL。
（1）若要探究反應物濃度、溫度、催化劑對反應速率的影響，通過變換這些實驗條件，至少需要完成____            組實驗進行對比即可得出結論。
（2）在其它條件相同的情況下，某同學改變KMnO₄酸性溶液的濃度，測得實驗數據（從混合振蕩均勻開始計時）如下表所示：

KMnO4酸性溶液濃度 （mol·L-1）	溶液褪色所需時間（min）
	第一次	第二次	第三次
0.02	14	13	11
0.002	6.7	6.6	6.7

 
①用0.002 mol/L KMnO₄酸性溶液進行實驗時，KMnO₄的平均反應速率（忽略混合前后溶液體積變化）。
②依據表中數據，不能得出“溶液的褪色所需時間越短，反應速率越快”的結論。某同學設計以下方案，可以直接得出“褪色時間越短，反應的速率越快”結論。

KMnO4酸性溶液		H2C2O4溶液
濃度/ mol/L	體積(ml)	濃度/ mol/L	體積（ml）
0.02	2	b	4
a	2	c	4

 
則表中a=        ；b=         ；c=           。
（3）草酸電離常數：Ka₁=5.9×10^-2，Ka₂=6.4×10^-5。與KMnO₄反應時，它將轉化為CO₂和H₂O。
①草酸與酸性高錳酸鉀溶液反應的離子方程式為           。
②室溫下，0.1mol·L^-1 KHC₂O₄酸溶液中pH    7，理由是            。
（4）測得某次實驗（恒溫）時溶液中Mn²⁺物質的量與時間關系如圖。請解釋n(Mn²⁺)在反應起始時變化不大、一段時間后快速增大的原因：                   。

Answer 1

（1）4；
（2）①2×10^-4mol/(L·min)
②0.02    0.2或0.4     0.4或0.2
（3）①5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
②＜ 因為HC₂O₄^-的電離程度大于HC₂O₄^-的水解程度  
（4）Mn²⁺對該反應有催化作用

解析試題分析：（1）若要探究反應物濃度、溫度、催化劑對反應速率的影響，通過變換這些實驗條件，首先要在一定溫度下，用一種濃度的KMnO₄酸性溶液和H₂C₂O₄進行實驗作對照。然后通過改變KMnO₄或H₂C₂O₄的濃度來關系反應的快慢以測定濃度對反應速率的影響；再進行其它的條件不變，通過改變反應溫度來測定反應速率，來實現溫度對反應速率的影響；最后進行其它條件不變，加入催化劑來觀察反應速率的快慢實現催化劑對反應速率的影響的實驗。因此至少需要完成4組實驗進行對比即可得出結論。（2）①用0.002 mol/L KMnO₄酸性溶液進行實驗時，Δt=(6.7＋6.6＋6.7)÷3=20/3min．v(KMnO₄)=Δc÷Δt ="0.002" mol/L×4÷(4＋2) ÷20/3min=2×10^-4mol/(L·min)。②若要得出“褪色時間越短，反應的速率越快”結論應該只改變一個量，其它都相同，觀察褪色時間的長短。a=0.02;b=0.2,c=0.4或a=0.02;b=0.4,c=0.2.（3）①由電離平衡常數可知草酸是弱酸。因此根據氧化反應反應的規律及離子方程式的拆寫原則可得：草酸與酸性高錳酸鉀溶液反應的離子方程式為5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺= 2Mn²⁺+ 10CO₂↑+8H₂O。②室溫下，草酸電離常數：Ka₁=5.9×10^-2，Ka₂=6.4×10^-5可知草酸氫根離子的電離作用大于其水解作用，所以溶液呈酸性。pH＜7.（4）n(Mn²⁺)在反應起始時變化不大，速率也變化不大，一段時間后由于n(Mn²⁺)增多，反應速率快速增大是因為Mn²⁺對該反應有催化作用。
考點：考查實驗方案的設計、離子方程式的書寫、多元弱酸的酸式鹽的電離與水解及溶液的酸堿性的知識。