Question

【題目】某研究小組為了驗(yàn)證反應(yīng)物濃度對反應(yīng)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(jìn)行反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中所用的草酸為稀溶液，可視為強(qiáng)酸。

(1)將高錳酸鉀氧化草酸的離子方程式補(bǔ)充完整。

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

(2)該小組進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)I，數(shù)據(jù)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(yīng)物濃度，反應(yīng)速率______。但分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到的結(jié)論是______。

(3)該小組欲探究出現(xiàn)上述異常現(xiàn)象的原因，在實(shí)驗(yàn)I的基礎(chǔ)上，只改變草酸溶液濃度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)II，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪制曲線圖如下。

①用文字描述曲線圖表達(dá)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(yīng)是分步進(jìn)行的，反應(yīng)過程中生成Mn（VI）、Mn（III）、Mn（IV），最終變?yōu)闊o色的Mn（II）。（括號中羅馬數(shù)字表示錳的化合價）
b	草酸根易與不同價態(tài)錳離子形成較穩(wěn)定的配位化合物。
c	草酸穩(wěn)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)III，所得數(shù)據(jù)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)III的目的是______。

(5)綜合實(shí)驗(yàn)I、II、III，推測造成曲線MN變化趨勢的原因______。為驗(yàn)證該推測還需要補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，請對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行理論設(shè)計(jì)______。

Answer 1

【答案】5 16 H+ 10 8 增大 在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下，增大草酸濃度，反應(yīng)速率減小 當(dāng)草酸濃度小于0.4mol/L時，反應(yīng)速率隨著草酸濃度增加而減小，當(dāng)草酸濃度大于0.4mol/L時，反應(yīng)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(yīng)速率的影響 當(dāng)草酸濃度較小時，C2O42- 起主要作用，草酸濃度越大，反應(yīng)速率越小；當(dāng)草酸濃度較大時，H+起主要作用，使得草酸濃度越大，反應(yīng)速率越大。 為驗(yàn)證C2O42-對反應(yīng)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(yīng)速率；若隨著草酸鈉濃度增加，反應(yīng)速率降；證明C2O42-濃度越大，反應(yīng)速率越小。（實(shí)驗(yàn)方案包括：目的，操作，現(xiàn)象，結(jié)論）

【解析】

(1)根據(jù)元素守恒知，生成物中生成水，根據(jù)轉(zhuǎn)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(yīng)物濃度，反應(yīng)速率增大，但表格數(shù)據(jù)草酸濃度大時速率小；
(3)①圖象描述的是當(dāng)草酸濃度小于0.4mol/L時，反應(yīng)速率隨著草酸濃度增加而減小，當(dāng)草酸濃度大于0.4mol/L時，反應(yīng)速率隨著草酸濃度增加而增加，據(jù)此進(jìn)行分析；
②據(jù)MO變化趨勢，得出反應(yīng)速率隨著草酸濃度增加而減小，可能原因是KMnO4與H2C2O4反應(yīng)是分步進(jìn)行的，反應(yīng)過程中生成Mn(VI)、Mn(III)、Mn(IV)，最終變?yōu)闊o色的Mn(II)，以及草酸根易與不同價態(tài)錳離子形成較穩(wěn)定的配位化合物，據(jù)此進(jìn)行分析；

(4)該實(shí)驗(yàn)中的變值為H+濃度；
(5)當(dāng)草酸濃度較小時，C2O42-起主要作用，草酸濃度越大，反應(yīng)速率越小；當(dāng)草酸濃度較大時，H+起主要作用，使得草酸濃度越大，反應(yīng)速率越大。
為驗(yàn)證C2O42-對反應(yīng)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(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)元素守恒知，生成物中生成水，該反應(yīng)中Mn元素化合價由+7價變?yōu)?/span>+2價、C元素化合價由+3價變?yōu)?/span>+4價，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為10，根據(jù)轉(zhuǎn)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(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)高錳酸鉀一定時，增大草酸濃度，反應(yīng)時間延長，故得到的結(jié)論是在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下，增大草酸濃度，反應(yīng)速率減小，故答案為：在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下，增大草酸濃度，反應(yīng)速率減小；

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

②MO變化趨勢，得出反應(yīng)速率隨著草酸濃度增加而減小，可能原因是KMnO4與H2C2O4反應(yīng)是分步進(jìn)行的，反應(yīng)過程中生成Mn(VI)、Mn(III)、Mn(IV)，最終變?yōu)闊o色的Mn(II)，以及草酸根易與不同價態(tài)錳離子形成較穩(wěn)定的配位化合物，故答案為：ab；
(4)該小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(yīng)速率的影響；
(5)綜合實(shí)驗(yàn)I、II、III，可推測出造成曲線MN變化趨勢的原因是：當(dāng)草酸濃度較小時，C2O42-起主要作用，草酸濃度越大，反應(yīng)速率越小；當(dāng)草酸濃度較大時，H+起主要作用，使得草酸濃度越大，反應(yīng)速率越大；
為驗(yàn)證C2O42-對反應(yīng)速率的影響，應(yīng)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(yīng)速率；若隨著草酸鈉濃度增加，反應(yīng)速率降低；證明C2O42-濃度越大，反應(yīng)速率越小；

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

為驗(yàn)證C2O42-對反應(yīng)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(yīng)速率；若隨著草酸鈉濃度增加，反應(yīng)速率降低；證明C2O42-濃度越大，反應(yīng)速率越小（實(shí)驗(yàn)方案包括：目的，操作，現(xiàn)象，結(jié)論）。