Question

（14分）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Cr^3＋。某课题组研究发现，少量铁明矾[Al₂Fe(SO₄)₄ ·4H₂O]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°C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，作对比实验，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	B=	10	30
②	5	60	10	d=
③	a=	60	c=	20

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_______________________________；

（4）该课题组对铁明矾[Al₂Fe(SO₄)₄ ·4H₂O]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：Fe^2＋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。（除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K₂SO₄、FeSO₄、K₂SO₄·Al₂(SO₄)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
取_______________________________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, 若溶液中的Cr2O7^2－浓度____________________________则假设一成立； 若溶液中的Cr2O7^2－浓度____________________________则假设一不成立；

（6）铁明矾长期存放，其中的亚铁离子可能会变质。为测定铁明矾中亚铁离子的质量分数。取5.6g铁明矾晶体，将其配制为100ml的溶液，取出20ml置于锥形瓶中。用0.01mol/L的标准KMnO₄溶液进行滴定（还原产物为Mn²⁺），平行做4组实验，得出如下表数值。

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

请计算铁明矾中亚铁离子的质量分数：            。若滴定结束后读数时仰视，测定结果       （填“偏大”“不影响”或“偏小”）

Answer

（1）（每空1分，共4分）

a=4或5 b=60 c=20 d=30

（2）CO2 (1分)

（3）（其他条件不变时）溶液的pH越小，反应速率越快（1分）

（4）Al3+起催化作用（1分）、SO42－起催化作用（1分）

（5）等物质的量K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O（1分） （无”等物质的量”不得分）

大于实验①中的Cr2O72－浓度（1分） 等于实验①中的Cr2O72－浓度（1分）

（6）5% （2分） 偏大（1分）

【解析】

试题分析：（1）根据题意要求，调节不同初始pH和一定浓度的草酸溶液的用量，做对比实验，由实验③改变的是草酸的用量，但应保持溶液的总体积不变，所以 a=4或5 b=60 c=20 d=30。（2）草酸中碳元素的化合价为+3，被强氧化剂氧化才二氧化碳。（3）根据实验①和饰演的曲线对比，在相同的草酸用量，不同pH时，反应速率不同，所以pH对该反应速率有以一定的影响，从图像看出，（其他条件不变时）溶液的pH越小，反应速率越快。（4）在铁明矾中有亚铁离子和铝离子和硫酸根离子，所以可以使亚铁离子起催化剂作用，或Al3+起催化作用，或SO42－起催化作用。（5）取物质中没有亚铁离子，但有铝离子和硫酸根离子，所以选择等物质的量K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O做实验。 若反应进行相同的时间后，溶液中的Cr2O72－浓度大于实验①中的Cr2O72－浓度，说明亚铁离子使反应速率加快，假设一成立。若溶液中的Cr2O72－浓度等于实验①中的Cr2O72－浓度，说明亚铁离子对反应速率没有影响，假设一不成立。（6）根据方程式中物质的关系为KMnO4-----5Fe2+，实验3的数据距离其它数据偏远，所以舍去，其余体积计算平均值，高锰酸钾的体积平均值为20.00毫升，则亚铁离子的物质的量浓度=5×0.01×20/20=0.05mol/L，则晶体中铁的质量分数为0.05*0.1*56/5.6= 5% 。 若滴定结束后读书仰视，读数偏大，则结果偏大。

考点：实验方案的设计，滴定实验，数据分析。