Question

14．某小组利用H₂O₂溶液和酸性KMnO₄溶液反应来探究“条件对化学反应速率的影响”．实验时，先分别量取两种溶液，然后倒入试管中迅速振荡混合均匀，开始计时，通过测定褪色所需时间来判断反应的快慢．该小组设计了如下的方案．

编号	H2O2溶液		酸性KMnO4溶液		温度/℃
	浓度/mol•L-1	体积/mL	浓度/mol•L-1	体积/mL
①	0.10	2.0	0.010	4.0	25
②	0.20	2.0	0.010	4.0	25
③	0.20	2.0	0.010	4.0	50

（1）已知反应后H₂O₂转化为O₂逸出，KMnO₄转化为MnSO₄，请写出该反应的离子方程式5H₂O₂+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O．
（2）探究温度对化学反应速率影响的实验编号是②和③（填编号，下同），可探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验编号是①和②．
（3）实验①测得KMnO₄溶液的褪色时间为40s，忽略混合前后溶液体积的微小变化，这段时间内平均反应速率v（KMnO₄）=0.01 mol•L^-1•min^-1．
（4）该小组同学根据经验绘制了n（Mn²⁺） 随时间变化趋势的示意图，如图1所示．但有同学查阅已有的实验资料发现，该实验过程中n（Mn²⁺） 随时间变化的趋势应如图2所示．
该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设，并继续进行实验探究．

①该小组同学提出的假设是生成物中的MnSO₄为该反应的催化剂（或Mn²⁺对该反应有催化作用）．
②请你帮助该小组同学完成实验方案，并填写表中空白．

编号	H2O2溶液		酸性KMnO4溶液		温度/℃	再向试管中加入少量固体
	浓度/mol•L-1	体积/mL	浓度/mol•L-1	体积/mL
④	0.10	2.0	0.010	4.0	25

③若该小组同学提出的假设成立，应观察到的现象是与实验①比较，溶液褪色所需时间短（或所用时间（t）小于40s）．

Answer 1

分析 （1）本题的实验原理是酸性高锰酸钾氧化双氧水，酸性高锰酸钾褪色生成二价锰离子，双氧水被氧化成氧气；
（2）根据探究温度对反应速率影响时除了温度外其它条件必须相同判断；根据体积浓度对反应速率影响时除了浓度不同，其他条件必须完全相同分析；
（3）根据反应速率表达式计算出反应速率；
（4）①由图乙可知反应开始后锰离子浓度增大，反应速率增加的比较快，所以探究的是硫酸镁在反应中的作用；
②作对比实验时，除了加入MnSO₄不同外，其它量完全相同，据此进行解答；
③若反应加快，说明Mn²⁺是催化剂，反应过程中溶液褪色时间减少．

解答 解：（1）高锰酸钾在酸性环境下能够氧化过氧化氢，生成氧气，高锰酸根离子被还原为二价锰离子，反应中化合价降低的元素是锰元素，从+7价降到+2价，过氧化氢中氧元素化合价从-1价升高到0价，要使得失电子守恒，高锰酸根离子系数为2双氧水系数为5，依据原子个数守恒反应的离子方程式：5H₂O₂+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O，
故答案为：5H₂O₂+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O；
（2）探究温度对化学反应速率影响，必须满足除了温度不同，其他条件完全相同，所以满足此条件的实验编号是：②和③；探究反应物浓度对化学反应速率影响，除了浓度不同，其他条件完全相同的实验编号是①和②，
故答案为：②和③； ①和②；
 （3）混合后溶液中高锰酸钾的浓度为：$\frac{0.01mol/L×4.0mL}{（2.0+4.0）mL}$=$\frac{0.01×4.0}{6.0}$mol/L，40s即$\frac{2}{3}$min，反应完全时平均反应速率v（KMnO₄）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.01×4.0}{6.0}$$÷\frac{2}{3}$mol/（L•min）=0.01mol/（L•min），
故答案为：0.01；
（4）①由图乙可知反应开始后速率增大的比较快，说明生成物中的MnSO₄（或Mn²⁺）为该反应的催化剂，
故答案为：生成物中的MnSO₄为该反应的催化剂（或Mn²⁺对该反应有催化作用）；
②与实验1作对比实验，则加入的硫酸锰的量不同，其它条件必须相同，所以加入的少量固体为MnSO₄，故答案为：

编号	H2O2溶液		酸性KMnO4溶液		温度/℃	再向试管中加入少量固体
	浓度/mol•L-1	体积/mL	浓度/mol•L-1	体积/mL		MnSO4
④

③若该小组同学提出的假设成立，则反应速率加快，溶液褪色的时间小于40s，从而说明Mn²⁺是催化剂，
故答案为：与实验①比较，溶液褪色所需时间短（或所用时间（t）小于40s）．

点评 本题主要结合实验考查了影响化学反应速率的因素，题目难度不大，注意掌握温度、催化剂对化学反应速率的影响，解题关键是对比分析图表中的数据找出相同点和不同点，然后得出合理结论．