课题一《物质性质的研究》专题训练
1.(14分)某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O72-转化为Cr3+。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Cr2O72-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: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。(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Cr2O72-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Cr2O72-浓度____________________________则假设一成立;
若溶液中的Cr2O72-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”)
【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。
2.(16分)Na2S2O3•5H2O在化学定量分析中常用作基准物质,实验室制备原理为
2Na2S+Na2CO3+4SO2 3Na2S2O3+CO2。设计如下装置(夹持仪器省略)进行实验。