Question

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0.01 mol?L^-1、0.001 mol?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4 mL、H₂C₂O₄溶液（0.1 mol?L^-1）的用量均为2mL。
（1）配平化学方程式：
______KMnO₄ +____H₂C₂O₄ +_____H₂SO₄ → ____K₂SO₄ +_____MnSO₄ +_____CO₂ +______H₂O
（2）请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：

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______探究催化剂对该反应速率的影响
②
③
④		0

（3）在完成探究催化剂对该反应速率影响的实验时发现，未加催化剂的情况下，刚开始一段时间，反应速率较慢，溶液褪色不明显，但不久后突然褪色，反应速率明显加快。
针对上述实验现象，同学认为高锰酸钾与草酸溶液的反应放热，导致溶液温度升高，反应速率加快，从影响化学反应速率的因素看，你猜想还可能是________________
若用实验证明你的猜想。除酸性高锰酸钾溶液，草酸溶液外，还需要选择的试剂最合理的是_______
A．硫酸钾   B．硫酸锰   C．二氧化锰   D．水
（4）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                 （忽略混合前后溶液体积的变化）。
（4） 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？_________。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_____________________________________

Answer 1

（11分）(1) 配平化学方程式：（2分，全对才给分）
2KMnO₄ +5H₂C₂O₄ +3H₂SO₄ → 1K₂SO₄ +2MnSO₄ +10CO₂ +8H₂O
(1) 请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：（每一行1分，共3分）

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	298	0.5	0.001
③	323	0.5	0.01
④	298	0	0.01

（3）生成的Mn²⁺催化反应的进行（1分），B（1分）
（4）1×10^-4mol/L.min （1分） 
（5）不可行（1分）。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KMnO₄溶液反应（2分）

试题分析：（1）在酸性条件下，高锰酸根离子能和草酸发生氧化还原反应生成二价锰离子、二氧化碳和水，根据电子的得失守恒可知，离子方程式为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O。
（2）要得出反应物浓度、温度、催化剂对反应速率影响的结论至少要完成：①取不同浓度KMnO₄溶液，在相同温度下进行反应；②取同浓度KMnO₄溶液，在不同温度下进行反应；③取同浓度KMnO₄溶溶，在同温度且有催化剂的条件下进行反应；④取同浓度KMnO₄溶液，在同温度且不使用催化剂的条件下进行反应等3个实验来进行对比。
（3）根据反应的方程式可知，生成物中有Mn²⁺生成，这说明引起反应速率加快的原因还可能是生成的Mn²⁺催化反应的进行，据此可知，如果要验证假设，则可以选择试剂硫酸锰，答案选B。
（4）①反应开始时：c（KMnO₄）＝，反应时间：△t＝（6min+7min+7min）÷3＝6.7min，所以KMnO₄的平均反应速率ν（KMnO₄）＝。
②由题中数据知浓度大的褪色时间反而长，因颜色是由KMnO₄产生，虽然KMnO₄浓度大反应快，但KMnO₄的量也多，故无法比较，故不经过计算直接利用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不可行的；所以若想通过直接观察褪色时间长短来判断溶液浓度的大小，则必须保证KMnO₄酸性溶液的浓度相同，才能判断H₂C₂O₄溶液浓度的大小，即取过量的体积相同、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：该题是高考中的常见题型，所以中等难度的试题。试题综合性强，侧重对学生能力的培养和胶体方法的指导与训练，有利于培养学生规范、严谨的实验设计、评价能力，有利于提高学生的学科素养。该类试题综合性强，理论和实践的联系紧密，有的还提供一些新的信息，这就要求学生必须认真、细致的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能得出正确的结论。