Question

20．某探究小组用KMnO₄酸性溶液与H₂C₂O₄溶液反应过程中溶液紫色消失的方法，研究影响反应速率的因素．实验条件作如下限定：所用KMnO₄酸性溶液的浓度可选择0.01mol?L^-1、0.001mol?L^-1，催化剂的用量可选择0.5g、0g，实验温度可选择298K、323K．每次实验KMnO₄酸性溶液的用量均为4mL、H₂C₂O₄溶液（0.1mol?L^-1）的用量均为2mL．
（1）请完成以下实验设计表：

实验 编号	T/K	催化剂的 用量/g	KMnO4酸性溶液 的浓度/mol?L-1	实验目的
①	298	0.5	0.01	（Ⅰ）实验①和②探究KMnO4酸性溶液的浓度对该反应速率的影响； （Ⅱ）实验①和③探究温度对该反应速率的影响； （Ⅲ）实验①和④探究催化剂对该反应速率的影响
②
③
④

（2）某同学对实验①和②分别进行三次实验，测得以下实验数据（从混合振荡均匀开始计时）

KMnO4酸性溶液的浓度/mol．L-1	溶液褪色所需时间t/min
	第1次	第2次	第3次
0.01	14	13	11
0.001	6	7	7

计算用0.001 mol?L^-1 KMnO₄酸性溶液进行实验时KMnO₄的平均反应速率1×10^-4mol•L^-1•min^-1（忽略混合前后溶液体积的变化）．
（3）若不经过计算，直接看表中的褪色时间长短来判断浓度大小与反应速率的关系是否可行？否．若不可行（若认为可行则不填），请设计可以通过直接观察褪色时间长短来判断的改进方案取过量的体积相同、浓度不同的草酸溶液分别同时与体积相同、浓度相同的高锰酸钾酸性溶液反应．

Answer 1

分析 （1）根据实验的目用控制变量法设计实验，实验①②的温度、催化剂的用量相同，只有浓度不同；实验①③中只有温度不同，其他条件相同；实验①④中只有催化剂的用量不同，其他条件相同；
（2）根据0.01mol•L^-1KMnO₄酸性溶液前后三次褪色时间差距较大，应舍去，所以用0.001mol•L^-1KMnO₄酸性溶液三次褪色来计算：先求出反应开始时c（KMnO₄），然后求出三次褪色的平均时间，最后根据ν（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$来求解；
（3）根据KMnO₄的物质的量不同来分析．

解答 解：（1）由实验目的可知，探究浓度、温度、接触面积对化学反应速率的影响，
则实验①②的温度、催化剂的用量相同，只有浓度不同；实验①③中只有温度不同，其他条件相同；实验①④中只有催化剂的用量不同，其他条件相同，
故答案为：

实验编号	T/K	催化剂的用量/g	KMnO4酸性溶液的浓度/mol•L-1	实验目的
①				a．实验①和②探究KMnO4酸性溶液的浓度对该反应速率的影响； b．实验①和③探究温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；
②	298	0.5	0.001
③	323	0.5	0.01
④	298	0	0.01

（2）反应开始时：c（KMnO₄）=$\frac{0.001mol/L×0.004L}{0.004L+0.002L}$=0.00067 mol•L^-1
反应时间：△t=$\frac{6min+7min+7min}{3}$=6.7min  
KMnO₄的平均反应速率：ν（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.00067mol/L}{6.7min}$=1×10^-4 mol•L^-1•min^-1．
故答案：1×10^-4 mol•L^-1•min^-1；
（3）从表中数据可知，相同体积的0.01mol/LKMnO₄酸性溶液是0.001mol/LKMnO₄酸性溶液10倍，但反应的时间却比其反应时间的二倍左右，由反应速率计算公式（v=$\frac{△c}{△t}$）可得出，此实验条件下KMnO₄酸性溶液的浓度越大反应速率越快；因根据直接看表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：否；取过量的体积相同、浓度不同的草酸溶液分别同时与体积相同、浓度相同的高锰酸钾酸性溶液反应．

点评 本题主要结合实验考查了外界条件对化学反应速率的影响，反应速率的计算，培养了学生分析问题、解决问题的能力．