Question

【題目】某小組利用 H2C2O4 溶液和酸性 KMnO4 溶液反應來探究“外界條件對化學反應速率的影響”。實驗時，先分別量取兩種溶液，然后倒入試管中迅速振蕩混合均勻，開始計時，通過測定褪色所需時間來判斷反應的快慢。該小組設計了如下方案。

編號	H2C2O4 溶液		酸性 KMnO4 溶液		溫度℃
	濃度/mol·L-1	體積/mL	濃度/mol·L-1	體積/mL
①	0.10	2.0	0.010	4.0	25
②	0.20	2.0	0.010	4.0	25
③	0.20	2.0	0.010	4.0	50

(1)已知反應后 H2C2O4 轉化為CO2逸出，KMnO4溶液轉化為MnSO4，每消耗1 mol H2C2O4轉移__________mol 電子。為了觀察到紫色褪去，H2C2O4與KMnO4初始的物質的量需要滿足的關系為 n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥______________。

(2)探究溫度對化學反應速率影響的實驗編號是____________(填編號，下同)，可探究反應物濃度對化學反應速率影響的實驗編號是____________。

(3)實驗①測得 KMnO4溶液的褪色時間為40s，忽略混合前后溶液體積的微小變化，這段時間內平均反應速率v(KMnO4)=_______________mol·L-1·min-1。

(4)已知50℃時c(MnO4-)～反應時間 t 的變化曲線如圖。若保持其他條件不變，請在坐標圖中，畫出 25℃時c(MnO4-)～t的變化曲線示意圖________。

(5)高錳酸鉀和草酸反應開始速率較慢，反應一會兒，速率突然加快，合理的原因是_________

Answer 1

【答案】2 2.5 ②和③ ①和② 0.010

【解析】

(1)根據題中信息及化合價升降法配平反應的化學方程式，然后根據電子守恒計算出1mol草酸完全反應轉移的電子數；根據“觀察到紫色褪去”必須滿足高錳酸鉀的物質的量小于草酸的物質的量解得二者濃度關系；

(2)根據探究溫度對反應速率影響時除了溫度外其它條件必須相同判斷；根據體積濃度對反應速率影響時除了濃度不同，其他條件必須完全相同分析；

(3)先根據草酸和高錳酸鉀的物質的量判斷過量，然后根據不足量及反應速率表達式計算出反應速率；

(4)根據溫度降低反應速率減小畫出25℃時c(MnO4-)～t的變化曲線圖；

(5)從反應生成物的作用分析影響因素。

(1) 根據反應后H2C2O4轉化為CO2逸出，KMnO4轉化為MnSO4，利用化合價升降相等寫出反應的化學方程式為：2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑；H2C2O4中碳元素的化合價為+3價，變成二氧化碳后化合價總共升高了2×(4-3)價，所以每消耗1mol(H2C2O4)轉移2mol電子；為了觀察到紫色褪去，高錳酸鉀的物質的量應該少量，即n(H2C2O4)：n(KMnO4)≥5：2=2.5；

(2)探究溫度對化學反應速率影響，必須滿足除了溫度不同，其他條件完全相同，所以滿足此條件的實驗編號是：②和③；探究反應物濃度對化學反應速率影響，除了濃度不同，其他條件完全相同的實驗編號是①和②；

(3)草酸的物質的量為：n(H2C2O4)=0.10molL-1×0.002L=0.0002mol，高錳酸鉀的物質的量n(KMnO4)=0.010molL-1×0.004L=0.00004mol，草酸和高錳酸鉀的物質的量之比n(H2C2O4)：n(KMnO4)=0.0002mol：0.00004mol=5：1，顯然草酸過量，高錳酸鉀完全反應，混合后溶液中高錳酸鉀的濃度c(KMnO4)==×0.010mol/L，這段時間內平均反應速率v(KMnO4)== 0.010mol/(Lmin)；

(4)由于在其他條件不變時，升高溫度化學反應速率加快，降低溫度，化學反應速率減小，則25℃時反應速率小于50℃時，所以高錳酸根離子的濃度變化比50℃時小，反應需要的時間大于50℃條件下需要的時間，據此畫出25℃時c(MnO4-)～t的變化曲線示意圖為：；

(5) 高錳酸鉀和草酸在溶液中發生反應：2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑，隨著反應的進行，物質的濃度減小，反應速率不減小，反而是反應開始速率較慢，反應一會兒，速率突然加快，原因可能是反應產生了Mn2+，該離子對反應有催化作用，是化學反應速率大大加快。