Question

某酸性工業(yè)廢水中含有K₂Cr₂O₇．光照下，草酸（H₂C₂O₄）能將其中的Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺．某課題組研究發(fā)現(xiàn)，少量鐵明礬[Al₂Fe（SO₄）₄?4H₂O]即可對該反應(yīng)起催化作用．為進(jìn)一步研究有關(guān)因素對該反應(yīng)速率的影響，探究如下
（1）在25℃下，控制光照強(qiáng)度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調(diào)節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，作對比實(shí)驗(yàn)，完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表（表中不要留空格）．

實(shí)驗(yàn)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		10	30
②	5	60	10
③		60		20

測得實(shí)驗(yàn)①和②溶液中的Cr₂O₇^2-濃度隨時(shí)間變化關(guān)系如圖所示．
（2）實(shí)驗(yàn)①和②的結(jié)果表明

 

；
（3）該課題組隊(duì)鐵明礬[Al₂Fe（SO₄）₄?4H₂O]中起催化作用的成分提出如下假設(shè)，請你完成假設(shè)二和假設(shè)三：
假設(shè)一：Fe²⁺起催化作用；假設(shè)二：

 

；假設(shè)三：

 

；…
（4）請你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述假設(shè)一，完成下表中內(nèi)容．（除了上述實(shí)驗(yàn)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Cr₂O₇^2-的濃度可用儀器測定）

實(shí)驗(yàn)方案（不要求寫具體操作過程）	預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論
取   代替實(shí)驗(yàn)①中的鐵明礬，控制其他反應(yīng)條件與實(shí)驗(yàn)①相同，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)	反應(yīng)進(jìn)行相同時(shí)間后 若溶液中的Cr2O72-濃度   則假設(shè)一成立； 若溶液中的Cr2O72-濃度   則假設(shè)一不成立；

Answer 1

分析：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹罢{(diào)節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，作對比實(shí)驗(yàn)”設(shè)置對比試驗(yàn)；
（2）實(shí)驗(yàn)①②表明溶液pH越小，反應(yīng)的速率越快；
（3）根據(jù)鐵明礬Al₂Fe（SO₄）₄?4H₂O的組成離子進(jìn)行分析；
（4）證明亞鐵離子是否具有催化作用，需要選擇不含亞鐵離子且含有鋁離子和硫酸根離子的試劑進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，根據(jù)溶液中的Cr₂O₇^2-濃度與實(shí)驗(yàn)①中Cr₂O₇^2-濃度進(jìn)行比較得出正確結(jié)論．

解答：解：（1）①②中pH不同，是探究pH對速率的影響；做對比試驗(yàn)時(shí)，除了探究的量不同外，其它條件必須完全相同，所以①中廢水條件為60mL、②中蒸餾水體積為30mL；試驗(yàn)中總體積必須相等，所以③中醋酸體積為20mL，其pH為5，以便通過②、③探究草酸濃度對反應(yīng)速率的影響，
故答案為：

實(shí)驗(yàn) 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		60
②				30
③	5		20

（2）由實(shí)驗(yàn)①②表明溶液pH越小，反應(yīng)的速率越快，所以溶液pH對該反應(yīng)的速率有影響，
故答案為：溶液pH對該反應(yīng)的速率有影響；
（3）根據(jù)鐵明礬[Al₂Fe（SO₄）₄?24H₂O]組成分析，Al³⁺起催化作用；SO₄^2-起催化作用，
故答案為：Al³⁺起催化作用；SO₄^2-起催化作用；
（4）要證明Fe²⁺起催化作用，需做對比實(shí)驗(yàn)，再做沒有Fe²⁺存在時(shí)的實(shí)驗(yàn)，所以要選K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O；用等物質(zhì)的量K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O代替實(shí)驗(yàn)①中的鐵明礬，控制其他反應(yīng)條件與實(shí)驗(yàn)①相同，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)進(jìn)行相同時(shí)間后，若溶液中c（Cr₂O₇^2-）大于實(shí)驗(yàn)①中c（Cr₂O₇^2-），則假設(shè)一成立；若兩溶液中的c（Cr₂O₇^2-）相同，則假設(shè)一不成立；
故答案為：等物質(zhì)的量K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O；大于實(shí)驗(yàn)①中的Cr₂O₇^2-濃度；等于實(shí)驗(yàn)①中的Cr₂O₇^2-濃度．

點(diǎn)評：本題考查了探究影響反應(yīng)速率因素及重鉻酸根與草酸反應(yīng)過程中的催化作用，題目難度中等，注意掌握探究影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生從圖象中獲取數(shù)據(jù)并分析的能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力．