Question

草酸是一種重要的試劑。下面是利用草酸探究濃度對反應速率影響的實驗。
（1）為證明濃度對反應速率的影響，曾有教科書《化學反應原理》設計了如下實驗：取兩支試管，各加入4mL0.01mol·L^-1的KMnO₄酸性溶液，分別向其中加入0.1 mol·L^-1、0.2 mol·L^-1 H₂C₂O₄溶液2mL，記錄溶液褪色所需時間。
實驗中發生反應的離子方程式為：     ；
預期現象是：
①溶液的顏色由     色變為     色，
②其中加入     mol·L^-1H₂C₂O₄的那支試管中的溶液先變色。
然而實驗結果并不盡如人意。實驗過程顏色復雜，且褪色先緩慢，后逐漸加快；最大的問題是草酸濃度大，反應速率卻更慢。
本實驗能否作為課堂實驗研究濃度對化學反應速率的影響？適宜的條件是怎樣的？某校一研究小組對此進行了探究。下面是他們的實驗報告的一部分：
表1　試驗安排及結果

實驗 編號	A（KMnO4溶液濃度/mol·L-1）	B（草酸溶液濃度/mol·L-1）	C（硫酸溶液濃度/mol·L-1）	褪色時間/s
1	3	3	1	336
2	1	2	3	82
3	3	1	3	76
4	1	3	2	133
5	2	3	3	102
6	3	2	2	156
7	2	2	1	300
8	2	1	2	115
9	1	1	1	200

 
應用SPSS16.0對正交試驗結果進行方差分析，結果如下表
表2　各因素水平的數據處理結果

	A（KMnO4溶液）			B（草酸溶液）			C（硫酸溶液）
濃度/mol·L-1	0.005	0.010	0.015	0.1	0.5	0.9	6	12	18
平均褪色時間/s	138.3	172.3	189.3	130.3	179.3	190.3	278.7	134.7	86.7

 
（2）由表2可知，三因素中，     的濃度（選填“A、B或C”，下空同）對反應速率影響顯著，而     的濃度對反應速率的影響不顯著。
（3）由表2可知，當高錳酸鉀濃度為     mol·L^-1、草酸濃度為     mol·L^-1時，反應最快。即因素A、B的較適宜實驗條件得以確定。
根據以上實驗結果，該小組同學繼續探究硫酸的濃度是怎樣影響本反應速率的，測得如下實驗結果：
表3　不同硫酸濃度下的褪色時間

c(H2SO4)/mol·L-1	18	16	14	12	10	8	6
褪色時間/s	67	83	90	103	129	146	200

 
（4）根據課堂實驗的合適時間，可選溶液的褪色時間約為1分鐘和2分鐘的兩份溶液，即此時硫酸的濃度為     mol·L^-1和     mol·L^-1，這也有利于觀察這兩個反應速率的差異。
結論：草酸與酸性高錳酸鉀溶液的反應，可作為課堂實驗探究濃度對反應速率的影響。

Answer 1

（14分）
（1）2MnO₄^－＋5H₂C₂O₄＋6H^＋＝2Mn^2＋＋10CO₂↑＋8H₂O（3分）
紫色（或紫紅色）（1分）；無（1分）；0.2（2分）
（2）C（硫酸）    A（高錳酸鉀）和B（草酸）（各1分，共3分）
（3）0.005 ， 0.1（各1分，共2分）；
（4）18，10（各1分，共2分）

解析試題分析：
（1）高錳酸鉀具有氧化性、草酸具有還原性，MnO₄^-將H₂C₂O₄氧化為CO₂氣體，本身被還原為Mn²⁺，根據得失電子相等、電荷守恒、質量守恒配平。MnO₄^-呈紫色，反應后溶液為無色。增大反應物濃度，反應速率加快。
（2）由表2可知，硫酸濃度對反應速率影響顯著；而高錳酸鉀和草酸濃度對反應速率影響不明顯。
（3）當高錳酸鉀溶液濃度為0.005 mol·L^-1、草酸溶液濃度為0.01 mol·L^-1時反應速率最快。
（4）褪色時間1分鐘和2分鐘即60s和120s，對應的濃度分別為18 mol·L^-1和10 mol·L^-1。
考點： 離子方程式 實驗數據的分析