Question

8．目前，消除氮氧化物污染有多种方法．
（1）用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染．已知：
①CH₄ （g）+4NO₂ （g）═4NO（g）+CO₂ （g）+2H₂ O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄ （g）+4NO（g）═2N₂ （g）+CO₂ （g）+2H₂ O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
写出CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-955kJ•mol^-1．
（2）酸性KMnO₄溶液能与草酸（H₂C₂O₄）溶液反应．某探究小组利用反应过程中溶液紫色消失快慢的方法来研究影响反应速率的因素．
Ⅰ．实验前首先用浓度为0.1000mol•L^-1酸性KMnO₄标准溶液滴定未知浓度的草酸．
①写出滴定过程中发生反应的离子方程式为2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
②滴定过程中操作滴定管的图示正确的是A． 
③若配制酸性KMnO₄标准溶液时，俯视容量瓶的刻度线，会使测得的草酸溶液浓度偏低（填“偏高”、“偏低”、或“不变”）．
Ⅱ．通过滴定实验得到草酸溶液的浓度为0.2000mol•L^-1．用该草酸溶液按下表进行后续实验（每次实验草酸溶液的用量均为8mL）．

实验编号	温 度（℃）	催化剂用量（g）	酸性高锰酸钾溶液		实验目的 a．实验1和2探究 探究不同温度对反应速率的影响  b．实验1 和3 探究反应物浓度对该反应速率的影响； c．实验1 和4 探究催化剂对该反应速率的影 响．
			体积（mL）	浓度 （mol•L-1）
1	25	0.5	4	0.1000
2	50	0.5	4	0.1000
3	25	0.5	4	0.0100
4	25	0	4	0.1000

④写出表中a 对应的实验目的探究不同温度对反应速率的影响；
⑤该小组同学对实验1和3分别进行了三次实验，测得以下实验数据（从混合振荡均匀开始计时）：

实验编号	溶液褪色所需时间（min）
	第1 次	第2 次	第3 次
1	14.0	13.0	11.0
3	6.5	6.7	6.8

分析上述数据后得出“当其它条件相同时，酸性高锰酸钾溶液的浓度越小，褪色时间就越短，即反应速率就越快”的结论．某同学认为该小组“探究反应物浓度对速率影响”的实验方案设计中存在问题，从而得到了错误的实验结论，请简述改进的实验方案其它条件相同时，利用等量且少量的高锰酸钾与等体积不同浓度的足量草酸溶液反应，测量溶液褪色时间．
⑥该实验中使用的催化剂应选择MnSO₄并非MnCl₂，原因为（离子方程式表示）为2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=5Cl₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．

Answer 1

分析 （1）依据盖斯定律计算[①+②+③×4]×$\frac{1}{2}$得到CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式；
（2）Ⅰ．①高锰酸钾具有强氧化性，能把草酸氧化成二氧化碳，自身被还原成二价锰离子；
②根据滴定管的使用规则判断；
③配置酸性KMnO₄标准溶液时，俯视容量瓶的刻度线，溶液的体积偏小，配制的溶液的浓度偏大，滴定时消耗的高锰酸钾溶液的体积偏小；
Ⅱ．④实验1、2只有温度不同，其他用量完全相同；
⑤高锰酸钾的物质的量相同，浓度不同的草酸溶液，可以探究反应物浓度对该反应速率的影响；
⑥酸性条件下，高锰酸根离子能将氯离子氧化成氯气．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-l
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂ O（g）△H=-1160kJ•mol^-l
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-l
依据盖斯定律计算[①+②+③×4]×$\frac{1}{2}$得到CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（1）△H=-955 kJ•mol^-1；
（2）Ⅰ．①高锰酸钾具有强氧化性，把草酸中的C从+3价氧化成+4价的二氧化碳，Mn元素从+7价变化到+2价的锰离子，由于草酸分子中有2个C原子，根据得失电子守恒，高锰酸钾与草酸的反应比例为 5：2，故反应的方程式为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
②根据滴定管的使用规则，滴定时，左手握住滴定管的活塞控制液滴的滴出，防止活塞被意外打开，即如图A所示操作，
故答案为：A；
③配置酸性KMnO₄标准溶液时，俯视容量瓶的刻度线，溶液的体积偏小，配制的溶液的浓度偏大，滴定时消耗的高锰酸钾溶液的体积偏小，则消耗的高锰酸钾的物质的量偏小，由2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，测定的草酸的物质的量偏小，即测得的草酸溶液浓度偏低，
故答案为：偏低；
Ⅱ．④实验1、2反应物用量完全相同，只有温度不同，目的就在于探究温度不同对反应速率的影响，
故答案为；探究温度不同对反应速率的影响；
⑤因根据表格中的褪色时间长短来判断浓度大小与反应速率的关系，需满足高锰酸钾的物质的量相同，浓度不同的草酸溶液，
故答案为：其它条件相同时，利用等量且少量的高锰酸钾与等体积不同浓度的足量草酸溶液反应，测量溶液褪色时间；
⑥酸性条件下，高锰酸根离子能将氯离子氧化成氯气，自身被还原成二价锰离子，反应方程式为2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=5Cl₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+10Cl^-+16H⁺=5Cl₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．

点评 本题考查了盖斯定律的计算，温度、浓度对反应速率的影响、浓度随时间变化的曲线，题目难度中等，试题侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力．