题目

某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸H2C2O4能将其中的转化为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℃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。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/mL①1.0×10-4601030②1.0×10-5601030③1.0×10-560ab则a+b=______。(2)测得实验①和②溶液中的浓度随时间变化关系如图所示。上述反应的离子方程式为______。(3)实验①和②的结果表明______；实验①中0~t1时间段反应速率v(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等。溶液中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用等物质的量的______代替实验①中的铁明矾，控制其它反应条件与实验①相同，进行对比实验反应相同时间后，若______则假设一成立 答案：【答案】40 c(H+)越大，反应的速率越快 Al3+起催化作用 起催化作用 K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O 浓度大于实验①中浓度 【解析】该实验的反应原理是草酸H2C2O4能将工业废水中的转化为Cr3+；并探究各种因素，如：氢离子浓度、草酸浓度、催化剂对反应速率的影响，并判断[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中何种物质具有催化作用，依此解答。(1) ①②中氢离子浓度不同，是探究氢离子浓度对速率的影响；则②③是探究不同浓度时草酸对速率的影响，故a+b=40；(2) 与草酸在酸性环境下发生氧化还原反应，生成铬离子和二氧化碳，反应的离子方程式为：；(3)结合表格和图像可知，实验①和②探究氢离子浓度对速率的影响，其结果表明：c(H+)越大，反应的速率越快；根据图像可知，实验①中0~t1时间段减少c0-c1，结合物质的反应速率与化学计量数呈正比，故反应速率v(Cr3+)=mol·L-1·min-1；(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出假设，铁明矾中的相关微粒有：、Al3+、，故分别对三种微粒是否起催化作用进行假设；故答案为：Al3+起催化作用；起催化作用；(5)设计实验验证上述假设一需采用控制变量法，控制其它反应条件与实验①相同，进行对比实验，即保证除外，其余微粒均相同；故从所给药品中可用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾；若反应相同时间后，若浓度大于实验①中浓度，则可说明有催化作用，则假设一成立；故答案为：K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O；浓度大于实验①中浓度。

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