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某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2...

某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O72—转化为Cr3+,草酸被氧化成CO2某课题组研究发现,少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下:

(1)在25 ℃下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,做对比实验,完成以下实验设计表(表中不要留空格)。

验编号

初始pH

废水样品体积/mL

草酸溶液体积/mL

蒸馏水体积/mL

4

60

10

30

5

60

10

30

5

60

 

20

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测得实验①和②溶液中的Cr2O72—浓度随时间变化关系如图所示。

(2)上述反应中参加反应的Cr2O72-与草酸的物质的量之比为________。

(3)实验①和②的结果表明______;实验①中0~t1时间段反应速率v(Cr3+)=____(用代数式表示)。

(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三:

假设一:Fe2+起催化作用:假设二:________;假设三:________;……

(5)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容。(除了上述实验提供的试剂外,可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O72—的浓度可用仪器测定)

实验方案(不要求写具体操作过程)

预期实验结果和结论

 

 

 

(1)20 (2)1:3 (3)溶液pH对该反应的速率有影响(或溶液pH越小,反应速率越大); mol·L-1·min-1 (4)Al3+起催化作用 SO42—起催化作用 ( 调换顺序亦可)5) 实验方案(不要求写具体操作过程) 预期实验结果和结论 用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾,控制其他条件与实验①相同,进行对比实验 反应进行相同时间后,若溶液中c(Cr2O72—)大于实验①中的c(Cr2O72—)则假设一成立,若两溶液中的c(Cr2O72—)相同,则假设一不成立 【解析】 试题分析:(1)①②中pH不同,是探究pH对速率的影响;则②③是探究不同浓度时草酸对速率的影响,由于总体积是100mL,所以草酸溶液的体积为20mL。 (2)反应中Cr元素的化合价从+6价降低到+3价,得到3个电子,草酸中碳元素的化合价从+3价升高到+4价,失去1个电子,则根据得失电子守恒可知上述反应中参加反应的Cr2O72-与草酸的物质的量之比为1:3; (3)由实验①②表明溶液pH越小,反应的速率越快,所以溶液pH对该反应的速率有影响;根据图像以及Cr原子守恒可知实验①中0~t1时间段反应速率v(Cr3+)=mol·L-1·min-1; (4)根据铁明矾[Al2Fe(SO4)4•24H2O]组成分析,Al3+起催化作用;SO42-也可能催化作用; (5)要证明Fe2+起催化作用,需做对比实验,再做没有Fe2+存在时的实验,所以要选K2SO4•Al2(SO4)3•24H2O;用等物质的量K2SO4•Al2(SO4)3•24H2O代替实验①中的铁明矾,控制其他反应条件与实验①相同,进行对比实验,反应进行相同时间后,若溶液中c(Cr2O72-)大于实验①中c(Cr2O72-),则假设一成立;若两溶液中的c(Cr2O72-)相同,则假设一不成立。 考点:考查探究影响化学反应速率的因素  
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