Question

7．用酸性KMnO₄和H₂C₂O₄（草酸）反应研究影响反应速率的因素．一实验小组欲通过测定单位时间内生成CO₂的速率，探究某种影响化学反应速率的因素，设计实验方案如表（KMnO₄溶液已酸化），实验装置如图1：

实验序号	A溶液	B溶液
①	20mL 0.1mol•L-1H2C2O4溶液	30mL 0.01mol•L-1KMnO4溶液
②	20mL 0.2mol•L-1H2C2O4溶液	30mL 0.01mol•L-1KMnO4溶液

（1）该反应的离子方程为2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．（已知H₂C₂O₄是二元弱酸）
（2）该实验探究的是浓度因素对化学反应速率的影响．相同时间内针筒中所得CO₂的体积大小关系是①＜②（填实验序号）．
（3）若实验①在2min末收集了2.24mL CO₂（标准状况下），则在2min末，c（MnO₄^-）=0.0056mol•L^-1．（假设混合溶液体积为50mL）
（4）除通过测定一定时间内CO₂的体积来比较反应速率，本实验还可通过测定KMnO₄溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需的时间来比较化学反应速率．（一条即可）
（5）小组同学发现反应速率总是如图2，其中t₁～t₂时间内速率变快的主要原因可能是：
①该反应放热；
②产物Mn²⁺是反应的催化剂．

Answer 1

分析 （1）KMnO₄和H₂C₂O₄发生氧化还原反应生成锰离子、二氧化碳、水，根据得失电子守恒、电荷守恒配平离子方程式；
（2）对比①②实验可探究草酸浓度对化学反应速率的影响，②中A溶液的浓度比①中大；
（3）先求出反应的n（MnO₄^-）的物质的量，再求出反应后的浓度；
（4）通过测定KMnO₄溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需的时间来比较化学反应速率；
（5）根据反应过程中反应物浓度在减小，要加快反应的条件还可能是温度和催化剂的作用．

解答 解：（1）KMnO₄和H₂C₂O₄发生氧化还原反应生成锰离子、二氧化碳、水，KMnO₄和中锰降低了5价，1个H₂C₂O₄分子中有2个+3价的C，所以升高1×2=2价，根据化合价升降总数相等可以确定KMnO₄和H₂C₂O₄的比例关系为：2：5，再根据电荷守恒配平离子方程式：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（2）对比①②实验可探究草酸的浓度对化学反应速率的影响，②中A溶液的浓度比①中大，化学反应速率大，相同时间所得CO₂的体积大，
故答案为：浓度；＜；
（3）CO₂的物质的量为：$\frac{2.24×1{0}^{-3}L}{22.4L•mo{l}^{-1}}$=0.0001mol，设2min末，反应消耗的n（MnO₄^-）为x，
      2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
        2                      10
        x                 0.0001mol
解得 x=0.00002mol
反应剩余的高锰酸根离子的物质的量为：30×10^-3L×0.01mol•L^-1-0.00002mol=0.00028mol
c（MnO₄^-）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.00028mol}{0.05L}$=0.0056mol/L；
故答案为：0.0056；
（4）除通过测定一定时间内CO₂的体积来比较反应速率，本实验还可以通过测定KMnO₄溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需的时间来比较化学反应速率，
故答案为：KMnO₄溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需的时间；
（5）研究发现反应速率总是如图2所示发生变化，则t₁～t₂时间内速率变快的主要原因可能是：
①该反应为放热反应，反应放出的热量使环境温度升高，加快了反应速率，
②产物Mn²⁺是反应的催化剂，
故答案为：该反应放热；产物Mn²⁺是反应的催化剂．

点评 本题考查了影响化学反应速率的因素，注意掌握影响化学反应速率的因素，明确探究影响化学反应速率因素的方法，难度中等．