草酸是一种重要的试剂。下面是利用草酸探究浓度对反应速率影响的实验。 (1)为证明浓度对反应速率的影响,曾有教科书《化学反应原理》设计了如下实验:取两支试管,各加入4mL0.01mol·L-1的KMnO4酸性溶液,分别向其中加入0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1 H2C2O4溶液2mL,记录溶液褪色所需时间。 实验中发生反应的离子方程式为: ; 预期现象是: ①溶液的颜色由 色变为 色, ②其中加入 mol·L-1H2C2O4的那支试管中的溶液先变色。 然而实验结果并不尽如人意。实验过程颜色复杂,且褪色先缓慢,后逐渐加快;最大的问题是草酸浓度大,反应速率却更慢。 本实验能否作为课堂实验研究浓度对化学反应速率的影响?适宜的条件是怎样的?某校一研究小组对此进行了探究。下面是他们的实验报告的一部分: 表1 试验安排及结果
实验 编号
| A(KMnO4溶液浓度/mol·L-1)
| B(草酸溶液浓度/mol·L-1)
| C(硫酸溶液浓度/mol·L-1)
| 褪色时间/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
| 应用SPSS16.0对正交试验结果进行方差分析,结果如下表 表2 各因素水平的数据处理结果
| A(KMnO4溶液)
| B(草酸溶液)
| C(硫酸溶液)
| 浓度/mol·L-1
| 0.005
| 0.010
| 0.015
| 0.1
| 0.5
| 0.9
| 6
| 12
| 18
| 平均褪色时间/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, 的浓度(选填“A、B或C”,下空同)对反应速率影响显著,而 的浓度对反应速率的影响不显著。 (3)由表2可知,当高锰酸钾浓度为 mol·L-1、草酸浓度为 mol·L-1时,反应最快。即因素A、B的较适宜实验条件得以确定。 根据以上实验结果,该小组同学继续探究硫酸的浓度是怎样影响本反应速率的,测得如下实验结果: 表3 不同硫酸浓度下的褪色时间
c(H2SO4)/mol·L-1
| 18
| 16
| 14
| 12
| 10
| 8
| 6
| 褪色时间/s
| 67
| 83
| 90
| 103
| 129
| 146
| 200
| (4)根据课堂实验的合适时间,可选溶液的褪色时间约为1分钟和2分钟的两份溶液,即此时硫酸的浓度为 mol·L-1和 mol·L-1,这也有利于观察这两个反应速率的差异。 结论:草酸与酸性高锰酸钾溶液的反应,可作为课堂实验探究浓度对反应速率的影响。 |