Question

某酸性工業(yè)廢水中含有K₂Cr₂O₇。光照下，草酸(H₂C₂O₄)能將其中的Cr₂O₇^2—轉(zhuǎn)化為Cr^3＋。某課題組研究發(fā)現(xiàn)，少量鐵明礬[Al₂Fe(SO₄)₄·24H₂O]即可對(duì)該反應(yīng)起催化作用。為進(jìn)一步研究有關(guān)因素對(duì)該反應(yīng)速率的影響，探究如下：
(1)在25 ℃下，控制光照強(qiáng)度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調(diào)節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表(表中不要留空格)。

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	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	60	10	30
②	5	60	10	30
③	5	60

 

測(cè)得實(shí)驗(yàn)①和②溶液中的Cr₂O₇^2—濃度隨時(shí)間變化關(guān)系如圖所示。
(2)上述反應(yīng)后草酸被氧化為________(填化學(xué)式)。
(3)實(shí)驗(yàn)①和②的結(jié)果表明________；實(shí)驗(yàn)①中0～t₁時(shí)間段反應(yīng)速率v(Cr^3＋)＝________mol·L^－1·min^－1(用代數(shù)式表示)。
(4)該課題組對(duì)鐵明礬[Al₂Fe(SO₄)₄·24H₂O]中起催化作用的成分提出如下假設(shè)，請(qǐng)你完成假設(shè)二和假設(shè)三：
假設(shè)一：Fe^2＋起催化作用：
假設(shè)二：________；
假設(shè)三：________；
……
(5)請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述假設(shè)一，完成下表中內(nèi)容。
(除了上述實(shí)驗(yàn)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Cr₂O₇^2—的濃度可用儀器測(cè)定)

實(shí)驗(yàn)方案(不要求寫具體操作過(guò)程)

預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論

 

Answer 1

(1)

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	初始pH	廢水樣品體積/mL	草酸溶液體積/mL	蒸餾水體積/mL
3			20	20

 
(2)CO₂
(3)溶液pH對(duì)該反應(yīng)的速率有影響　
(4)Al^3＋起催化作用　SO₄^2—起催化作用
(5)

實(shí)驗(yàn)方案(不要求寫具體操作過(guò)程)	預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論
用等物質(zhì)的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替實(shí)驗(yàn)①中的鐵明礬，控制其他條件與實(shí)驗(yàn)①相同，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)	反應(yīng)進(jìn)行相同時(shí)間后，若溶液中c(Cr2O72—)大于實(shí)驗(yàn)①中的c(Cr2O72—)則假設(shè)一成立，若兩溶液中的c(Cr2O72—)相同，則假設(shè)一不成立

 

(1)根據(jù)題意要求，調(diào)節(jié)不同初始pH和一定濃度草酸溶液用量，做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，由此可知實(shí)驗(yàn)③改變的是草酸溶液用量，但應(yīng)保持溶液總體積不變。(2)草酸中碳的化合價(jià)為＋3價(jià)，與強(qiáng)氧化性物質(zhì)K₂Cr₂O₇反應(yīng)后，草酸應(yīng)被氧化為CO₂。(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)①、②的曲線對(duì)比，在相同草酸用量不同pH時(shí)，反應(yīng)速率不同，所以pH對(duì)該反應(yīng)有一定的影響；在0～t₁時(shí)間段內(nèi)，v(Cr₂O₇^2—)＝mol·L^－1·min^－1，由Δc(Cr^3＋)＝2Δc(Cr₂O₇^2—)所以v(Cr^3＋)＝ mol·L^－1·min^－1。(4)根據(jù)鐵明礬組成離子可知，起催化作用的離子可能為Fe^2＋、Al^3＋、SO₄^2—。(5)可通過(guò)在其他條件不變時(shí)，加入等物質(zhì)的量的K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O替代實(shí)驗(yàn)中的鐵明礬，此時(shí)溶液中不存在Fe^2＋，但仍存在SO₄^2—和Al^3＋，通過(guò)測(cè)定c(Cr₂O₇^2—)看是否仍然有催化效果來(lái)判斷。
(本題屬于開放性試題合理答案均可)