Question

【題目】（14分）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＋。某課題組研究發現，少量鐵明礬[Al2Fe(SO4)4 ·4H2O]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°C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，作對比實驗，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	B=	10	30
②	5	60	10	d=
③	a=	60	c=	20

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_______________________________；

（4）該課題組對鐵明礬[Al2Fe(SO4)4 ·4H2O]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
取_______________________________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, 若溶液中的Cr2O72－濃度____________________________則假設一成立； 若溶液中的Cr2O72－濃度____________________________則假設一不成立；

（6）鐵明礬長期存放，其中的亞鐵離子可能會變質。為測定鐵明礬中亞鐵離子的質量分數。取5.6g鐵明礬晶體，將其配制為100ml的溶液，取出20ml置于錐形瓶中。用0.01mol/L的標準KMnO4溶液進行滴定（還原產物為Mn2+），平行做4組實驗，得出如下表數值。

組數	1	2	3	4
消耗V（KMnO4）/ml	20.04	20.00	18.90	19.96

請計算鐵明礬中亞鐵離子的質量分數： 。若滴定結束后讀數時仰視，測定結果 （填“偏大”“不影響”或“偏小”）

Answer 1

【答案】（1）（每空1分，共4分）

a=4或5 b=60 c=20 d=30

（2）CO2 (1分)

（3）（其他條件不變時）溶液的pH越小，反應速率越快（1分）

（4）Al3+起催化作用（1分）、SO42－起催化作用（1分）

（5）等物質的量K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O（1分） （無”等物質的量”不得分）

大于實驗①中的Cr2O72－濃度（1分） 等于實驗①中的Cr2O72－濃度（1分）

（6）5% （2分） 偏大（1分）

【解析】

試題分析：（1）根據題意要求，調節不同初始pH和一定濃度的草酸溶液的用量，做對比實驗，由實驗③改變的是草酸的用量，但應保持溶液的總體積不變，所以 a=4或5 b=60 c=20 d=30。（2）草酸中碳元素的化合價為+3，被強氧化劑氧化才二氧化碳。（3）根據實驗①和飾演的曲線對比，在相同的草酸用量，不同pH時，反應速率不同，所以pH對該反應速率有以一定的影響，從圖像看出，（其他條件不變時）溶液的pH越小，反應速率越快。（4）在鐵明礬中有亞鐵離子和鋁離子和硫酸根離子，所以可以使亞鐵離子起催化劑作用，或Al3+起催化作用，或SO42－起催化作用。（5）取物質中沒有亞鐵離子，但有鋁離子和硫酸根離子，所以選擇等物質的量K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O做實驗。 若反應進行相同的時間后，溶液中的Cr2O72－濃度大于實驗①中的Cr2O72－濃度，說明亞鐵離子使反應速率加快，假設一成立。若溶液中的Cr2O72－濃度等于實驗①中的Cr2O72－濃度，說明亞鐵離子對反應速率沒有影響，假設一不成立。（6）根據方程式中物質的關系為KMnO4-----5Fe2+，實驗3的數據距離其它數據偏遠，所以舍去，其余體積計算平均值，高錳酸鉀的體積平均值為20.00毫升，則亞鐵離子的物質的量濃度=5×0.01×20/20=0.05mol/L，則晶體中鐵的質量分數為0.05*0.1*56/5.6= 5% 。 若滴定結束后讀書仰視，讀數偏大，則結果偏大。