草酸浓度对草酸与酸性高锰酸钾溶液反应速率的影响探析
2013-01-16 10:29阅读：
摘要：为了让学生感受反应物的浓度对反应速率产生的影响，人教版高中化学选修4《化学反应原理》P20页实验2-2通过0.2
mol/L的草酸溶液较0.1
mol/L的草酸溶液与酸性高锰酸钾溶液反应时，褪色需要的时间短，体会增大反应物的浓度，反应速率会加快。是否草酸的浓度越大，与酸性高锰酸钾溶液反应的速率就会越快呢？本文分别研究了一系列不同浓度的草酸溶液与同体积、同浓度的酸性高锰酸钾溶液反应时的反应速率，结果发现：草酸浓度小于0.7
mol/L时，草酸浓度越大反应越快，而当草酸浓度大于0.7
mol/L时，草酸浓度越大反应越慢。草酸溶液与酸性高锰酸钾溶液反应时的速率与产物的扩散速率有关。
关键词：草酸 高锰酸钾 浓度
反应速率
一、问题的提出
化学反应速是研究化学反应快慢的物理量，化学反应速率受温度、反应物的浓度、压强、催化剂等影响。化学反应速率可以通过多种方法进行比较，在中学化学学习过程中，常见的方法有：比较相同时间内气体体积的变化、固体质量的变化、溶液颜色的变化等。为了让学生感受反应物的浓度对反应速率产生的影响，人教版高中化学选修4《化学反应原理》P20页引入实验2-2
：取两支试管，各加入4ml0.01mol/L的KMnO4酸性溶液，然后向一支试管中加入0.1 mol/L
H2C2O4(草酸)溶液2
mL，记录溶液褪色所需的时间；向另一支试管中加入0.2 mol/L H2C2
O
4(草酸)溶液2 mL，记录溶液褪色所需的时间
[1]。
实验中发生的反应为：
2KMnO
4 + 5H
2C
2O
4 +
3H
2SO
4 = K
2SO
4 +
2MnSO
4 + 10CO
2↑+ 8H
2O
实验现象为：H
2C
2O
4(草酸)溶液加入到酸性高锰酸钾溶液中后一段时间内没有明显变化，一段时间后迅速褪色，加入0.2
mol/L H
2C
2O
4(草酸)溶液的试管褪色需要的时间较加入0.1
mol/L H
2C
2O
4(草酸)溶液的试管褪色需要的时间短。
实验结论：0.2 mol/L
H
2C
2O
4溶液与酸性高锰酸钾溶液反应速率较0.1 mol/L
H
2C
2O
4溶液与酸性高锰酸钾溶液反应速率快，增大反应物的浓度，反应速率加快。
是否草酸的浓度越大，与酸性高锰酸钾溶液反应的速率就会越快呢？
二、实验过程
分别量取9份4 mL 0.01 mol/L的酸性高锰酸钾溶液置于1-9号9支试管中，放在试管架上，分别量取2 mL
不同浓度的草酸溶液（0.9 mol/L、0.8 mol/L、0.7 mol/L、0.6 mol/L、0.5 mol/L、0.4
mol/L、0.3 mol/L、0.2 mol/L、0.1 mol/L），依次加入1-9号试管，依次记录溶液褪色时间。
三、实验结果
表1为2 mL 不同浓度的草酸分别与4 mL 0.01 mol/L
的酸性高锰酸钾溶液反应时褪色所用时间，从表中数据可以看出，当草酸的浓度介于0.1 mol/L～0.7 mol/L
时，高锰酸钾褪色消耗时间随着草酸浓度的增大而变短，即随着草酸浓度的增大，反应速率在加快；而当草酸的浓度大于0.7 mol/L
时，高锰酸钾褪色消耗时间随着草酸浓度的增大而变长，即随着草酸浓度的增大，反应速率减慢。
表1
不同浓度的草酸溶液与同体积、同浓度的酸性高锰酸钾溶液反应时褪色时间
c [mol/L]
(H2C2O4)
|
V[ml]
(H2C2O4)
|
c[mol/L]
(KMnO4)
|
V[ml]
(KMnO4)
|
c
(H2SO4)
[mol/L]
|
褪色时间和现象
|
0.9
|
2
|
0.01
|
4
|
1.2
|
1 min 52 s，溶液褪至黄色
2 min 37 s，溶液褪至无色
|
0.8
|
2
|
0.01
|
4
|
1.2
|
1 min 49 s，溶液褪至黄色
2 min 24s，溶液褪至无色
|
0.7
|
2
|
0.01
|
4
|
1.2
|
1 min 39 s，溶液褪至黄色
2 min 17 s，溶液褪至无色
|
0.6
|
2
|
0.01
|
4
|
1.2
|
2 min 08 s，溶液褪至黄色
2 min 39 s，溶液褪至无色
|
0.5
|
2
|
0.01
|
4
|
1.2
|
2 min 13 s，溶液褪至黄色
2 min 41 s，溶液褪至无色
|
0.4
|
2
|
0.01
|
4
|
1.2
|
2 min 21 s，溶液褪至黄色
2 min 43 s，溶液褪至无色
|
0.3
|
2
|
0.01
|
4
|
1.2
|
2 min 26 s，溶液褪至黄色
2 min 50 s，溶液褪至无色
|
0.2
|
2
|
0.01
|
4
|
1.2
|
2 min 28 s，溶液褪至黄色
2 min 57 s，溶液褪至无色
|
0.1
|
2
|
0.01
|
4
|
1.2
|
2 min 39 s，溶液褪至黄色
3 min 07 s，溶液褪至无色
|
四、结果讨论
两微粒在溶液中进行反应要经历三个步骤，即反应物分子通过扩散作用相互靠近，发生化学反应生成产物以及产物分子通过扩散作用而分开。通常，第二步即化学反应的速率，要比扩散慢的多。但也有一些化学反应，特别是反应活化能不大的反应，其速率通常部分或完全由扩散控制
[2，3]。温度越高，溶液黏度越小，将利于分子扩散，扩散控制反应的速率也越快。
对于反应：2KMnO
4 + 5H
2C
2O
4 +
3H
2SO
4 = K
2SO
4 +
2MnSO
4 + 10CO
2↑+
8H
2O。在没有其他条件影响的前提下，反应物的浓度越大，反应速率越快；所以，随着草酸浓度的增大，反应速率加快。试验结果（草酸的浓度介于0.1
mol/L～0.7 mol/L 时，随着草酸浓度的增大，反应速率在加快；而当草酸的浓度大于0.7 mol/L
时，随着草酸浓度的增大，反应速率在减慢）表明：草酸浓度增大到一定程度，反应速率反而减慢，草酸浓度的增大，不利于生成产物——硫酸钾、硫酸锰和二氧化碳气体的扩散。
参考文献：
[1] 普通高中课程标准实验教科书化学4[M]，人民教育出版社，2007：20.
[2] 何玉萼，袁永明，童冬梅等. 物理化学（下册）[M].北京：化学工业出版社教材出版中心，2006：69-74。
[3] 傅献彩，沈文霞，姚天扬等. 物理化学（下册）[M]. 北京：高等教育出版社第五版，2006：257-258。
