Question

某酸性工业废水中含有K₂Cr₂O₇．光照下，草酸（H₂C₂O₄）能将其中的Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺．某课题组研究发现，少量铁明矾[Al₂Fe（SO₄）₄•24H₂O]即可对该反应起催化作用．为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：
（1）在25℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表（表中不要留空格）．

实验 编号	初始 pH	废水样品 体积/mL	草酸溶液 体积/mL	蒸馏水 体积/mL
①	4	60	10	30
②	5	60	10	30
③	5	60	______	______

测得实验①和②溶液中的Cr₂O₇^2-浓度随时间变化关系如图所示．
（2）上述反应后草酸被氧化为______     （填化学式）．
（3）实验①和②的结果表明______；实验①中0～t₁时间段反应速率v（Cr³⁺）=______mol•L^-1•min^-1（用代数式表示）．
（4）该课题组对铁明矾[Al₂Fe（SO₄）₄•24H₂O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：Fe²⁺起催化作用；
假设二：______；
假设三：______；
（5）请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容．
₃•24H₂O、Al₂（SO₄）₃等．溶液中Cr₂O₇^2-的浓度可用仪器测定）

实验方案（不要求写具体操作过程）	预期实验结果和结论

Answer

（1）①②中PH不同，是探究PH对速率的影响；则②③是探究不同浓度时草酸对速率的影响；
（2）草酸中碳元素化合价为+3价，被氧化为+4价；
（3）实验①②表明溶液pH越小，反应的速率越快，根据公式求算；
（4）根据铁明矾的组成分析；
（5）做对比实验．
【解析】
（1）①②中PH不同，是探究PH对速率的影响；则②③是探究不同浓度时草酸对速率的影响，故答案为：

实验编号 初始
pH 废水样品
体积/mL 草酸溶液
体积/mL 蒸馏水
体积/mL
③ 20 20

（2）草酸中碳元素化合价为+3价，被氧化为+4价，所以氧化产物为CO2，故答案为：CO2；
（3）由实验①②表明溶液pH越小，反应的速率越快，所以溶液pH对该反应的速率有影响，v（Cr3+）=2v（Cr2O72-）=×2=mol•L-1•min-1，
故答案为：溶液pH对该反应的速率有影响；；

（4）根据铁明矾[Al2Fe（SO4）4•24H2O]组成分析，Al3+起催化作用；SO42-起催化作用，故答案为：Al3+起催化作用；SO42-起催化作用；
（5）要证明Fe2+起催化作用，需做对比实验，再做没有Fe2+存在时的实验，所以要选K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O；用等物质的量K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验，反应进行相同时间后，若溶液中c（Cr2O72-）大于实验①中c（Cr2O72-），则假设一成立；若两溶液中的c（Cr2O72-）相同，则假设一不成立；故答案为：

实验方案 预期实验结果和结论
用等物质的量K2SO4•Al2（SO4）3•24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验 反应进行相同时间后，若溶液中c（Cr2O72-）大于实验①中c（Cr2O72-），则假设一成立；若两溶液中的c（Cr2O72-）相同，则假设一不成立．