Question

某小組利用H₂C₂O₄溶液和酸性KMnO₄溶液反應來探究“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。該小組設計了如下的方案。

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轉化為MnSO₄，每消耗1mol 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：c(H₂C₂O₄)∶c(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，請在答題卡坐標圖中，畫出25℃時c(MnO₄^－)～t的變化曲線示意圖。

Answer 1

（16分）（1）2    2.5（每空3分）
（2）②和③    ①和②（每空2分）
（3）0.010或1.0 ×10^－2（3分，0.01得2分）
（4）如圖（3分。標注1分，正確做圖2分）

解析試題分析：（1）草酸中碳元素為+3價，二氧化碳中碳元素為+4價，由化合價升高總數等于轉移電子數可知1個H₂C₂O₄轉移2個電子，則每消耗1molH₂C₂O₄轉移2mol 電子；草酸與酸性高錳酸鉀溶液反應為5H₂C₂O₄+2KMnO₄+3H₂SO₄=10CO₂↑+K₂SO₄+2MnSO₄+8H₂O～10e^－，只有當KMnO₄完全反應，溶液的紫紅色才能褪去，如果n(H₂C₂O₄)=5mol、n(KMnO₄)≤2mol，就能觀察到紫色褪去，所以c(H₂C₂O₄)∶c(KMnO₄) = n(H₂C₂O₄)∶n(KMnO₄)≥2.5；（2）根據控制變量設計探究實驗方案原則，實驗②和③所用試劑的濃度、體積均相同，反應溫度分別為25℃、50℃，這組對比實驗的目的是探究溫度對化學反應速率的影響；實驗①和②的溫度相同，酸性高錳酸鉀溶液的濃度、體積均相同，草酸濃度分別為0.1mol/L、0.2mol/L，這組實驗的目的是探究濃度對化學反應速率的影響；實驗①和③既改變了反應物的濃度，又改變了反應溫度，不能得到合理的結論；（3）實驗①中：2.0mL草酸溶液加入4.0mL酸性高錳酸鉀溶液，能稀釋后者，設稀釋后高錳酸鉀的初始濃度為xmol/L，根據題意和稀釋定律（c₁?V₁=c₂?V₂）可知，0.010 mol?L^－1×4.0×10^－3L=x mol?L^－1×（4.0+2.0）×10^－3L，則x=0.010 mol?L^－1×4.0/6.0，紫色恰好褪色時高錳酸鉀濃度減小為0，則△c(KMnO₄) =0.010 mol?L^－1×4.0/6.0，而△t=40/60min，由v=△c/△t可得，v(KMnO₄)=△c(KMnO₄)/△t=0.010 mol?L^－1×4.0/6.0÷40/60min=0.010 mol?L^－1?min^－1；（4）根據控制變量原則，高錳酸根離子的起始濃度不變，僅僅降低溫度，反應速率減小，則褪色的時間增大，相同時間內高錳酸根離子的變化濃度減小，則25℃時反應過程中c(MnO₄^－)～t的變化曲線位于50℃時曲線的右邊。
考點：考查氧化還原反應、濃度和溫度對化學反應速率的影響、稀釋定律、物質的量濃度和平均反應速率的計算、畫出不同溫度對反應物濃度與反應時間的變化示意圖等。