Question

某化学实验小组用酸性KMnO₄溶液和草酸(H₂C₂O₄)溶液反应，研究外界条件对反应速率的影响，实验操作及现象如下：

编号	实验操作	实验现象
I	向一支试管中先加入1mL0.01mol/L酸性KMnO4溶液，再加入1滴3mol/L硫酸和9滴蒸馏水，最后加入1mL0.1mol/L草酸溶液	前10min内溶液紫色无明显变化，后颜色逐渐变浅，30min后几乎变为无色
II	向另一支试管中先加入1mL0.01mol/L酸性KMnO4溶液，再加入10滴3mol/L硫酸，最后加入1mL0.1mol/L草酸溶液	80s内溶液紫色无明显变化，后颜色迅速变浅，约150s后几乎变为无色

(1)由实验I、II可得出的结论是________________________________________________。

(2)关于实验II中80s后溶液颜色迅速变浅的原因，该小组提出了猜想：该反应中生成的Mn²⁺对反应有催化作用。利用提供的试剂设计实验III，验证猜想。

提供的试剂：0.01mol/L酸性KMnO₄溶液，0.1mol/L草酸溶液，3mol/L硫酸，MnSO₄溶液，MnSO₄固体，蒸馏水

①补全实验III的操作：向试管中先加入1mL0.01mol/L酸性KMnO₄溶液，再加入______滴3mol/L硫酸，然后加入少量____，最后加入1mL0.1mol/L草酸溶液。

②若猜想成立，应观察到的实验现象是加入草酸溶液后，溶液颜色开始变浅的时间___(填“>”“=”或“<”)80s。

(3)该小组拟采用如图所示的实验方案继续探究外界条件对反应速率的影响。

①他们拟研究的影响因素是______。

②你认为他们的实验方案合理吗？理由是_________________________________。

Answer

其他条件相同时，H+(或硫酸)浓度越大，反应速率越快 10 MnSO4固体 ＜ KMnO4溶液浓度 不合理，KMnO4溶液浓度不同，溶液起始颜色深浅不同，无法通过比较褪色时间长短判断反应快慢

【解析】

(1)对比实验I、II，加入酸的量不同，总体积相同，则氢离子浓度不同；

(2)①加入试剂的总体积仍旧为10滴溶液，且初始量（条件）与实验II相同，且需要加入一定量的硫酸锰；

②若Mn2+对反应有催化作用，催化剂可以加快反应速率，加入草酸溶液后，则溶液迅速褪色，所用时间变短；

(3)①根据图像信息，使用的高锰酸钾的浓度不同；

②高锰酸钾的浓度不同，导致溶液颜色深浅不同，设计不合理。

(1)实验I、II其他条件相同，只是氢离子浓度不相同，氢离子浓度越大，变色所需时间越短，反应速率越快，因此实验I、II可得出的结论是其他条件相同时，H+(或硫酸)浓度越大，反应速率越快；

(2)①为了验证实验II中80 s后溶液颜色迅速变浅的是否有锰离子其催化作用，应其他条件相同，只改变锰离子的量，因此向试管中先加入1 mL 0.01 mol∙L−1酸性KMnO4溶液，再加入10滴3 mol∙L−1硫酸，然后加入少量MnSO4固体，最后加入1 mL 0.1 mol∙L−1草酸溶液；

②若猜想成立，即反应产生的锰离子对反应有催化作用，催化剂能加快反应速率，应观察到的实验现象是加入草酸溶液后，溶液颜色开始变浅的时间＜80s；

(3)①根据图像信息，使用的高锰酸钾的浓度不同，则探究因素为高锰酸钾的浓度对反应速率的影响；

②由于高锰酸钾浓度不同，则高锰酸钾溶液颜色深浅不同，不能通过褪色时间长短来判断应快慢，因此他们的实验方案不合理。