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Cr2O72–轉化為Cr3+，草酸被氧化成CO2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)。

①和②溶液中的Cr2O72–濃度隨時間變化關系如圖所示。

（2）上述反應中參加反應的Cr2O72–與草酸的物質的量之比為_____________。

（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+)＝__________________________________(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Cr2O72–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

Answer 1

【答案】（1）20 （2）1︰3 （3）溶液pH對該反應的速率有影響（或溶液pH越小，反應速率越大）；mol·L–1·min–1

（4）Al3＋起催化作用，SO42–起催化作用（調換順序亦可） （5）

實驗方案(不要求寫具體操作過程)	預期實驗結果和結論
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（2分）

【解析】

試題分析：（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，由于總體積是100mL，所以草酸溶液的體積為20mL。

（2）反應中Cr元素的化合價從＋6價降低到＋3價，得到3個電子，草酸中碳元素的化合價從＋3價升高到＋4價，失去1個電子，則根據得失電子守恒可知上述反應中參加反應的Cr2O72-與草酸的物質的量之比為1：3；

（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；根據圖像以及Cr原子守恒可知實驗①中0～t1時間段反應速率v(Cr3＋)＝mol·L－1·min－1；

（4）根據鐵明礬[Al2Fe（SO4）424H2O]組成分析，Al3+起催化作用；SO42-也可能催化作用；

（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；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。