Question

KMnO₄酸性溶液与草酸（H₂C₂O₄）溶液反应时，溶液紫色会逐渐褪去。某探究小组用测定此反应溶液紫色消失所需时间的方法，研究外界条件对反应速率的影响。该实验条件作如下限定：
①所用KMnO₄酸性溶液的浓度可选择：0.02 mol·L^-1、0.002 mol·L^-1；
②所用H₂C₂O₄溶液的浓度可选择：0.2 mol·L^-1、0.4 mol·L^-1；
③每次实验时KMnO₄酸性溶液的用量均为4 mL、H₂C₂O₄溶液的用量均为2mL。
（1）若要探究反应物浓度、温度、催化剂对反应速率的影响，通过变换这些实验条件，至少需要完成____            组实验进行对比即可得出结论。
（2）在其它条件相同的情况下，某同学改变KMnO₄酸性溶液的浓度，测得实验数据（从混合振荡均匀开始计时）如下表所示：

KMnO4酸性溶液浓度 （mol·L-1）	溶液褪色所需时间（min）
	第一次	第二次	第三次
0.02	14	13	11
0.002	6.7	6.6	6.7

 
①用0.002 mol/L KMnO₄酸性溶液进行实验时，KMnO₄的平均反应速率（忽略混合前后溶液体积变化）。
②依据表中数据，不能得出“溶液的褪色所需时间越短，反应速率越快”的结论。某同学设计以下方案，可以直接得出“褪色时间越短，反应的速率越快”结论。

KMnO4酸性溶液		H2C2O4溶液
浓度/ mol/L	体积(ml)	浓度/ mol/L	体积（ml）
0.02	2	b	4
a	2	c	4

 
则表中a=        ；b=         ；c=           。
（3）草酸电离常数：Ka₁=5.9×10^-2，Ka₂=6.4×10^-5。与KMnO₄反应时，它将转化为CO₂和H₂O。
①草酸与酸性高锰酸钾溶液反应的离子方程式为           。
②室温下，0.1mol·L^-1 KHC₂O₄酸溶液中pH    7，理由是            。
（4）测得某次实验（恒温）时溶液中Mn²⁺物质的量与时间关系如图。请解释n(Mn²⁺)在反应起始时变化不大、一段时间后快速增大的原因：                   。

Answer 1

（1）4；
（2）①2×10^-4mol/(L·min)
②0.02    0.2或0.4     0.4或0.2
（3）①5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
②＜ 因为HC₂O₄^-的电离程度大于HC₂O₄^-的水解程度  
（4）Mn²⁺对该反应有催化作用

试题分析：（1）若要探究反应物浓度、温度、催化剂对反应速率的影响，通过变换这些实验条件，首先要在一定温度下，用一种浓度的KMnO₄酸性溶液和H₂C₂O₄进行实验作对照。然后通过改变KMnO₄或H₂C₂O₄的浓度来关系反应的快慢以测定浓度对反应速率的影响；再进行其它的条件不变，通过改变反应温度来测定反应速率，来实现温度对反应速率的影响；最后进行其它条件不变，加入催化剂来观察反应速率的快慢实现催化剂对反应速率的影响的实验。因此至少需要完成4组实验进行对比即可得出结论。（2）①用0.002 mol/L KMnO₄酸性溶液进行实验时，Δt=(6.7＋6.6＋6.7)÷3=20/3min．v(KMnO₄)=Δc÷Δt ="0.002" mol/L×4÷(4＋2) ÷20/3min=2×10^-4mol/(L·min)。②若要得出“褪色时间越短，反应的速率越快”结论应该只改变一个量，其它都相同，观察褪色时间的长短。a=0.02;b=0.2,c=0.4或a=0.02;b=0.4,c=0.2.（3）①由电离平衡常数可知草酸是弱酸。因此根据氧化反应反应的规律及离子方程式的拆写原则可得：草酸与酸性高锰酸钾溶液反应的离子方程式为5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺= 2Mn²⁺+ 10CO₂↑+8H₂O。②室温下，草酸电离常数：Ka₁=5.9×10^-2，Ka₂=6.4×10^-5可知草酸氢根离子的电离作用大于其水解作用，所以溶液呈酸性。pH＜7.（4）n(Mn²⁺)在反应起始时变化不大，速率也变化不大，一段时间后由于n(Mn²⁺)增多，反应速率快速增大是因为Mn²⁺对该反应有催化作用。