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°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c（H⁺）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c（H^+）	废水样品体积/mL	草酸溶液体积/mL	蒸馏水体积/mL
①	1.0×10^—4	60	10	30
②	1.0×10^—5	60	10	30
③	1.0×10^—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（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：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

Answer

（1）20 20（2分）（2）CO2

（3）c（H+）越大，反应的速率越快（2分）

（4）Al3+起催化作用（1分） ；SO42—起催化作用

（5）

用等物质的量的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，进行对比试验。

反应进行相同时间后，若溶液中的Cr2O72—浓度大于实验①中Cr2O72—浓度，则假设一成立；若两溶液中的Cr2O72—浓度相同，则假设一不成立

【解析】

试题分析：（1）各组实验的溶液的总体积相等时才具有可比性，调节草酸的用量，实验草酸溶液的体积为20mL，蒸馏水的体积为20mL。

（2）K2Cr2O7具有强氧化性，可把草酸氧化为CO2。

（3）实验①的H+初始浓度大于实验②，根据图像可知实验①的反应速率快，所以实验①和②的结果表明：c（H+）越大，反应的速率越快；（Cr3+）=∆c/∆t=mol·L—1·min—1。

（4）Al2Fe(SO4)4·24H2O含有Fe2+、Al3+和SO42‾，所以假设二和假设三分别是：Al3+起催化作用、SO42- 起催化作用。

（5）假设一是Fe2+起催化作用，所以用不含Fe2+，但是含Al3+和SO42‾的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾，其它条件与实验①相同，进行对比实验，所以反应进行相同时间后，若溶液中的Cr2O72—浓度大于实验①中Cr2O72—浓度，则假设一成立；若两溶液中的Cr2O72—浓度相同，则假设一不成立。

【考点定位】考查实验探究、实验方案的分析与评价。

【名师点晴】本题为实验探究试题，探究性化学实验题在近几年的高考中频频出现，这类题具有综合性强，开放性强等特点，能很好地考查学生分析问题、解决问题和创新思维的能力，这种题的区分度高，高考中具有很好的选拔功能。解探究性实验题的基本程序可用下列流程图表示：