Question

【題目】某酸性工業廢水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能將其中的Cr2O轉化為Cr3＋。某課題組研究發現，少量鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可對該反應起催化作用。為進一步研究有關因素對該反應速率的影響，探究如下：

(1)在25 ℃下，控制光照強度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調節不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，做對比實驗，完成以下實驗設計表(表中不要留空格)。

實驗 編號	初始 pH	廢水樣品 體積/mL	草酸溶液 體積/mL	蒸餾水 體積/mL
①	4	60	10	30
②	5	60	10	30
③	5	60	_________	_________

測得實驗①和②溶液中的Cr2O72—濃度隨時間變化關系如圖所示。

(2)上述反應后草酸被氧化為__________________(填化學式)。

(3)實驗①和②的結果表明____________________；實驗①中0～t1時間段反應速率v(Cr3＋)＝____________mol·L－1·min－1(用代數式表示)。

(4)該課題組對鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假設，請你完成假設二和假設三：

假設一：Fe2＋起催化作用；

假設二：___________________________；

假設三：___________________________；

(5)請你設計實驗驗證上述假設一，完成下表中內容。[除了上述實驗提供的試劑外，可供選擇的藥品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的濃度可用儀器測定]

實驗方案（不要求寫具體操作過程)	預期實驗結果和結論
_____________

（6）某化學興趣小組要完成中和熱的測定，實驗桌上備有大、小兩個燒杯、泡沫塑料、泡沫塑料板、膠頭滴管、環形玻璃攪拌棒、0.5 mol·L-1鹽酸、0.55 mol·L-1NaOH溶液,實驗尚缺少的玻璃用品是___、_____。

(7)他們記錄的實驗數據如下:

實驗用品			溶液溫度		中和熱
			t1	t2	ΔH
①	50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液	50 mL 0.5 mol·L-1 HCl溶液	20 ℃	23.3 ℃
②	50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液	50 mL 0.5 mol·L-1 HCl溶液	20 ℃	23.5 ℃

已知:Q=cm(t2-t1),反應后溶液的比熱容c為4.18 kJ·℃-1·kg-1,各物質的密度均為1 g·cm-3。計算完成上表中的ΔH_________________________。

(8)若用KOH代替NaOH,對測定結果____(填“有”或“無”)影響;若用醋酸代替HCl做實驗,對測定結果ΔH____(填“偏大”或“偏小”無影響)。

Answer 1

【答案】20 20 CO2 溶液pH對該反應的速率有影響 2(c0-c1)/t1 Al3＋起催化作用 SO42—起催化作用 用等物質的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他條件與實驗①相同，進行對比實驗 反應進行相同時間后，若溶液中c(Cr2O72—)大于實驗①中的c(Cr2O72—)則假設一成立，若兩溶液中的c(Cr2O72—)相同，則假設一不成立 量筒 溫度計 -56.85kJ·mol-1 無 偏大

【解析】

（1）①②中pH不同，是探究pH對速率的影響；則②③是探究不同濃度時草酸對速率的影響；

（2）草酸中碳元素化合價為+3價，被氧化為+4價，Cr2O72-轉化為Cr3+，根據電子守恒來計算；

（3）實驗①②表明溶液pH越小，反應的速率越快，根據公式求算；

（4）根據鐵明礬的組成分析；

（5）做對比實驗：要證明Fe2+起催化作用，需做對比實驗，再做沒有Fe2+存在時的實驗，用等物質的量K2SO4Al2（SO4）324H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他反應條件與實驗①相同，進行對比實驗；

（6）根據中和熱測定的實驗步驟選用需要的儀器，然后判斷還缺少的儀器；

（7）先求出2次反應的溫度差，根據公式Q=cm△T來求出生成0.025mol的水放出熱量，最后根據中和熱的概念求出中和熱；

（8）反應放出的熱量和所用酸以及堿的量的多少有關。

（1）①②中pH不同，是探究PH對速率的影響；則②③是探究不同濃度時草酸對速率的影響，故答案為：

實驗編號	初始 pH	廢水樣品 體積/mL	草酸溶液 體積/mL	蒸餾水 體積/mL
③			20	20

（2）草酸中碳元素化合價為+3價，氧化產物為CO2，被氧化為+4價，化合價共升高2價，Cr2O72-轉化為Cr3+，化合價共降低了6價，根據電子守恒，參加反應的Cr2O72-與草酸的物質的量之比為是1：3，離子方程式為：Cr2O72-+3H2C2O4+8H+=6CO2↑+2Cr3++7H2O，故答案為：Cr2O72-+3H2C2O4+8H+=6CO2↑+2Cr3++7H2O；
（3）由實驗①②表明溶液pH越小，反應的速率越快，所以溶液pH對該反應的速率有影響，v（Cr3+）=2v（Cr2O72-）=2(c0-c1)/t1molL-1min-1，故答案為：2(c0-c1)/t1 溶液pH對該反應的速率有影響；

（4）根據鐵明礬[Al2Fe（SO4）424H2O]組成分析，Al3+起催化作用；SO42-起催化作用，故答案為：Al3+起催化作用；SO42-起催化作用；

（5）要證明Fe2+起催化作用，需做對比實驗，再做沒有Fe2+存在時的實驗，所以要選K2SO4Al2（SO4）324H2O，注意由于需要控制Al3+和SO42-濃度比，不要選用K2SO4和Al2（SO4）3；用等物質的量K2SO4Al2（SO4）324H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他反應條件與實驗①相同，進行對比實驗，反應進行相同時間后，若溶液中c（Cr2O72-）大于實驗①中c（Cr2O72-），則假設一成立；若兩溶液中的c（Cr2O72-）相同，則假設一不成立；故答案為：

實驗方案	預期實驗結果和結論
用等物質的量K2SO4Al2（SO4）324H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他反應條件與實驗①相同，進行對比實驗	反應進行相同時間后，若溶液中c（Cr2O72-）大于實驗①中c（Cr2O72-），則假設一成立；若兩溶液中的c（Cr2O72-）相同，則假設一不成立

（6）中和熱的測定過程中，需要用量筒量取酸溶液、堿溶液的體積，需要使用溫度計測量溫度，所以還缺少量筒、溫度計，故答案為：量筒、溫度計；
（7）第1次反應前后溫度差為：3.3℃，第2次反應前后溫度差為：3.5℃，平均溫度差為3.4℃，50mL0.55molL-1NaOH溶液與50mL0.5molL-1HCl溶液混合，氫氧化鈉過量，反應生成了0.025mol水，50mL0.5molL-1 鹽酸、0.55molL-1NaOH溶液的質量和為：m=100mL×1g/mL=100g，c=4.18J/（g℃），代入公式Q=cm△T得生成0.025mol的水放出熱量Q=4.18J/（g℃）×100g×3.4℃=1.4212kJ，即生成0.025mol的水放出熱量1.4212kJ，所以生成1mol的水放出熱量為1.4212kJ×1mol/0.025mol=-56.8kJ，即該實驗測得的中和熱△H=-56.8kJmol-1,故答案為：-56.8kJmol-1；

(8) KOH代替NaOH對結果無影響，因為二者都是強堿，與HCl反應生成易溶鹽和水，所以中和熱不變；醋酸電離過程為吸熱過程，所以用醋酸代替HCl做實驗，反應放出的熱量偏小，但△H偏大；故答案為：無；偏大。