Question

【題目】某酸性工業(yè)廢水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能將其中的Cr2O轉(zhuǎn)化為Cr3＋。某課題組研究發(fā)現(xiàn)，少量鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可對(duì)該反應(yīng)起催化作用。為進(jìn)一步研究有關(guān)因素對(duì)該反應(yīng)速率的影響，探究如下：

(1)在25 ℃下，控制光照強(qiáng)度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調(diào)節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表(表中不要留空格)。

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	初始 pH	廢水樣品 體積/mL	草酸溶液 體積/mL	蒸餾水 體積/mL
①	4	60	10	30
②	5	60	10	30
③	5	60	_________	_________

測(cè)得實(shí)驗(yàn)①和②溶液中的Cr2O72—濃度隨時(shí)間變化關(guān)系如圖所示。

(2)上述反應(yīng)后草酸被氧化為__________________(填化學(xué)式)。

(3)實(shí)驗(yàn)①和②的結(jié)果表明____________________；實(shí)驗(yàn)①中0～t1時(shí)間段反應(yīng)速率v(Cr3＋)＝____________mol·L－1·min－1(用代數(shù)式表示)。

(4)該課題組對(duì)鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假設(shè)，請(qǐng)你完成假設(shè)二和假設(shè)三：

假設(shè)一：Fe2＋起催化作用；

假設(shè)二：___________________________；

假設(shè)三：___________________________；

(5)請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述假設(shè)一，完成下表中內(nèi)容。[除了上述實(shí)驗(yàn)提供的試劑外，可供選擇的藥品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的濃度可用儀器測(cè)定]

實(shí)驗(yàn)方案（不要求寫具體操作過(guò)程)	預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論
_____________

（6）某化學(xué)興趣小組要完成中和熱的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)桌上備有大、小兩個(gè)燒杯、泡沫塑料、泡沫塑料板、膠頭滴管、環(huán)形玻璃攪拌棒、0.5 mol·L-1鹽酸、0.55 mol·L-1NaOH溶液,實(shí)驗(yàn)尚缺少的玻璃用品是___、_____。

(7)他們記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:

實(shí)驗(yàn)用品			溶液溫度		中和熱
			t1	t2	ΔH
①	50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液	50 mL 0.5 mol·L-1 HCl溶液	20 ℃	23.3 ℃
②	50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液	50 mL 0.5 mol·L-1 HCl溶液	20 ℃	23.5 ℃

已知:Q=cm(t2-t1),反應(yīng)后溶液的比熱容c為4.18 kJ·℃-1·kg-1,各物質(zhì)的密度均為1 g·cm-3。計(jì)算完成上表中的ΔH_________________________。

(8)若用KOH代替NaOH,對(duì)測(cè)定結(jié)果____(填“有”或“無(wú)”)影響;若用醋酸代替HCl做實(shí)驗(yàn),對(duì)測(cè)定結(jié)果ΔH____(填“偏大”或“偏小”無(wú)影響)。

Answer 1

【答案】20 20 CO2 溶液pH對(duì)該反應(yīng)的速率有影響 2(c0-c1)/t1 Al3＋起催化作用 SO42—起催化作用 用等物質(zhì)的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替實(shí)驗(yàn)①中的鐵明礬，控制其他條件與實(shí)驗(yàn)①相同，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn) 反應(yīng)進(jìn)行相同時(shí)間后，若溶液中c(Cr2O72—)大于實(shí)驗(yàn)①中的c(Cr2O72—)則假設(shè)一成立，若兩溶液中的c(Cr2O72—)相同，則假設(shè)一不成立 量筒 溫度計(jì) -56.85kJ·mol-1 無(wú) 偏大

【解析】

（1）①②中pH不同，是探究pH對(duì)速率的影響；則②③是探究不同濃度時(shí)草酸對(duì)速率的影響；

（2）草酸中碳元素化合價(jià)為+3價(jià)，被氧化為+4價(jià)，Cr2O72-轉(zhuǎn)化為Cr3+，根據(jù)電子守恒來(lái)計(jì)算；

（3）實(shí)驗(yàn)①②表明溶液pH越小，反應(yīng)的速率越快，根據(jù)公式求算；

（4）根據(jù)鐵明礬的組成分析；

（5）做對(duì)比實(shí)驗(yàn)：要證明Fe2+起催化作用，需做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，再做沒(méi)有Fe2+存在時(shí)的實(shí)驗(yàn)，用等物質(zhì)的量K2SO4Al2（SO4）324H2O代替實(shí)驗(yàn)①中的鐵明礬，控制其他反應(yīng)條件與實(shí)驗(yàn)①相同，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)；

（6）根據(jù)中和熱測(cè)定的實(shí)驗(yàn)步驟選用需要的儀器，然后判斷還缺少的儀器；

（7）先求出2次反應(yīng)的溫度差，根據(jù)公式Q=cm△T來(lái)求出生成0.025mol的水放出熱量，最后根據(jù)中和熱的概念求出中和熱；

（8）反應(yīng)放出的熱量和所用酸以及堿的量的多少有關(guān)。

（1）①②中pH不同，是探究PH對(duì)速率的影響；則②③是探究不同濃度時(shí)草酸對(duì)速率的影響，故答案為：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	初始 pH	廢水樣品 體積/mL	草酸溶液 體積/mL	蒸餾水 體積/mL
③			20	20

（2）草酸中碳元素化合價(jià)為+3價(jià)，氧化產(chǎn)物為CO2，被氧化為+4價(jià)，化合價(jià)共升高2價(jià)，Cr2O72-轉(zhuǎn)化為Cr3+，化合價(jià)共降低了6價(jià)，根據(jù)電子守恒，參加反應(yīng)的Cr2O72-與草酸的物質(zhì)的量之比為是1：3，離子方程式為：Cr2O72-+3H2C2O4+8H+=6CO2↑+2Cr3++7H2O，故答案為：Cr2O72-+3H2C2O4+8H+=6CO2↑+2Cr3++7H2O；
（3）由實(shí)驗(yàn)①②表明溶液pH越小，反應(yīng)的速率越快，所以溶液pH對(duì)該反應(yīng)的速率有影響，v（Cr3+）=2v（Cr2O72-）=2(c0-c1)/t1molL-1min-1，故答案為：2(c0-c1)/t1 溶液pH對(duì)該反應(yīng)的速率有影響；

（4）根據(jù)鐵明礬[Al2Fe（SO4）424H2O]組成分析，Al3+起催化作用；SO42-起催化作用，故答案為：Al3+起催化作用；SO42-起催化作用；

（5）要證明Fe2+起催化作用，需做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，再做沒(méi)有Fe2+存在時(shí)的實(shí)驗(yàn)，所以要選K2SO4Al2（SO4）324H2O，注意由于需要控制Al3+和SO42-濃度比，不要選用K2SO4和Al2（SO4）3；用等物質(zhì)的量K2SO4Al2（SO4）324H2O代替實(shí)驗(yàn)①中的鐵明礬，控制其他反應(yīng)條件與實(shí)驗(yàn)①相同，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)進(jìn)行相同時(shí)間后，若溶液中c（Cr2O72-）大于實(shí)驗(yàn)①中c（Cr2O72-），則假設(shè)一成立；若兩溶液中的c（Cr2O72-）相同，則假設(shè)一不成立；故答案為：

實(shí)驗(yàn)方案	預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論
用等物質(zhì)的量K2SO4Al2（SO4）324H2O代替實(shí)驗(yàn)①中的鐵明礬，控制其他反應(yīng)條件與實(shí)驗(yàn)①相同，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)	反應(yīng)進(jìn)行相同時(shí)間后，若溶液中c（Cr2O72-）大于實(shí)驗(yàn)①中c（Cr2O72-），則假設(shè)一成立；若兩溶液中的c（Cr2O72-）相同，則假設(shè)一不成立

（6）中和熱的測(cè)定過(guò)程中，需要用量筒量取酸溶液、堿溶液的體積，需要使用溫度計(jì)測(cè)量溫度，所以還缺少量筒、溫度計(jì)，故答案為：量筒、溫度計(jì)；
（7）第1次反應(yīng)前后溫度差為：3.3℃，第2次反應(yīng)前后溫度差為：3.5℃，平均溫度差為3.4℃，50mL0.55molL-1NaOH溶液與50mL0.5molL-1HCl溶液混合，氫氧化鈉過(guò)量，反應(yīng)生成了0.025mol水，50mL0.5molL-1 鹽酸、0.55molL-1NaOH溶液的質(zhì)量和為：m=100mL×1g/mL=100g，c=4.18J/（g℃），代入公式Q=cm△T得生成0.025mol的水放出熱量Q=4.18J/（g℃）×100g×3.4℃=1.4212kJ，即生成0.025mol的水放出熱量1.4212kJ，所以生成1mol的水放出熱量為1.4212kJ×1mol/0.025mol=-56.8kJ，即該實(shí)驗(yàn)測(cè)得的中和熱△H=-56.8kJmol-1,故答案為：-56.8kJmol-1；

(8) KOH代替NaOH對(duì)結(jié)果無(wú)影響，因?yàn)槎�者都是�?qiáng)堿，與HCl反應(yīng)生成易溶鹽和水，所以中和熱不變；醋酸電離過(guò)程為吸熱過(guò)程，所以用醋酸代替HCl做實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)放出的熱量偏小，但△H偏大；故答案為：無(wú)；偏大。