影响草酸与酸性高锰酸钾溶液反应速率因素的探究

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1、实验研究影响草酸与酸性高锰酸钾溶液反应速率因素的探究谢晓青，王伟群，顾菲菲(1．苏州大学材料与化学化工学部，江苏苏州215123；2．苏州中学，江苏苏州215123)摘要：通过SPSS16．0设计正交试验，利用手持技术研究各反应物浓度对草酸与酸性高锰酸钾溶液反应影响的显著程度，结果表明硫酸浓度的主效应显著；在得出适宜高锰酸钾和草酸浓度的基础上，进一步研究课堂实验所需硫酸的适宜浓度；探究了Mn的自催化作用和温度对该反应速率的影响，认为在改进的基础上本实验可作为课堂实验研究影响化学反应速率的因素。关键词：草酸与酸性高锰酸钾溶液反应；

2、正交试验；色度计文章编号：1005～6629(2012)12—0056—03中图分类号：G633．8文献标识码：B1问题的提出2．1试验因素及水平为证明浓度对反应速率的影响，人教社普通高高锰酸钾与草酸的反应如下：中新课程标准实验教科书《化学反应原理》设计了如2KMnO4+5H2C204+3H2SO4一K2SO4+2MnSO4+下实验fl1：取两支试管，各加人4mL0．01mol·L的IOCO2f+8H20KMnO酸性溶液，分别向其中加入0．1mol·L～、0．2硫酸在反应中的作用是提供酸性的环境，因为mol·L～H，C，0溶液2

3、mL，记录溶液褪色所需的时间。在弱酸性、中性和弱碱性溶液中，反应的还原产物为本实验预期的现象是溶液颜色由紫色逐渐褪为无色，MnO，l8】，可见硫酸在这个反应中也是一种反应物。本实且HC0浓度大的试管溶液先褪色。教师用书对这个验目的是研究反应物高锰酸钾、草酸和硫酸的浓度对实验的建议还有【2】：(1)KMnO溶液的浓度不能太大，反应速率影响的显著程度。根据以往的实验结论确定否则溶液褪色不容易；(2)为保证溶液的紫红色彻底褪的实验因素及水平见表1。去，实验中草酸用量要过量。表1实验因素及水平(室温：26℃)然而实验结果并不尽如人意。如

4、实验过程颜色复A(高锰酸钾浓度)／B(草酸浓度)／mo1·Lc(硫酸浓度)／mo1·Lmo卜L一杂，且褪色先缓慢，后逐渐加快；最大的问题是结果与10．0050．16设想的不符，草酸浓度大，反应速率却更慢。不少教20．0100．512师对实验进行了探究：有的建议采用更小浓度的酸性30．0150．918KMnO溶液(0．001mol·L)和含少量Mn的草酸反2．2买验方法应【3；有的建议变换试剂加入顺序，将量少的高锰酸钾本实验通过Vernier手持色度计和数据采集器测加入到量多的草酸中；有的建议适当提高HsO溶定溶液光透过率的变化，

5、记录反应所需的时间，确定反液的浓度可缩短颜色拖尾的时间；有的研究发现草应的快慢。色度计是一种通过对光的吸收比例来测量溶酸和高锰酸钾在一定浓度范围内，浓度增加，反应速率液浓度的传感器，溶液浓度越大，透过率越小。反应过能加快，建议控制溶液浓度在一定范围做实验；有的程透过率的变化指示反应进程中溶液浓度的变化。高认为Mn在反应过程中的自催化作用导致反应复杂，锰酸钾溶液的最大吸收波长为525nl，500～600nm本实验不适宜作为研究浓度对反应速率影响的实验【。波长是本实验高锰酸钾的选择性区域[m]，我们选用色本实验能否作为课堂实验研究浓

6、度对化学反应速度计中波长最接近的565nm光源，实验中溶液透过率率的影响?适宜的条件是怎样的?我们设计了正交试的变化示意反应过程中高锰酸钾浓度的变化。验，利用Vernier手持色度计和数据采集器研究实验，应用SPSS16．0设计试验方案，试验安排见表2。通过SPSS16．0处理实验数据，探究影响实验的因素和实验方法是：在4mL高锰酸钾溶液中加人0．4mL硫适宜条件。酸，混合均匀，冷却至室温。量取2mL混合液于比色2正交试验法探究反应物浓度对反应速率的影皿，加入1mL草酸，采集数据。当透过率数值连续10响本文系江苏省教育科学“十二

7、五”规划课题《数字传感技术与中学化学教学的有效整合》的阶段性研究成果(项目编号：D／2011／02／194)。‘56·化学教学2012年第12期实验研究次为100％后，停止数据采集。透过率一时间曲线如水平or=0．195>0．05，因素B草酸浓度对反应速率影图1所示。反应褪色时间为从反应开始到透过率达到响的显著性水平or=0．138>0．05，高锰酸钾和草酸的100％，即从图A到点B的时间，结果填人表2。浓度对反应速率的影响不显著。资料表明：HC：0与KMnO溶液反应过程中会有Mn(VI)、Mn(V)、Mn(IV)、100Mn(

8、III)等不稳定的中间价态离子生成，生成的Mn，囱对反应有催化作用，而当草酸浓度较大时，会与这些离子发生配合反应而影响反应速率[12]0由于反应机理复杂，高锰酸钾和草酸反应的动力学模型很难用数学函数来描述，这也导致本实验不能简单地根据总反应饕50来判断高锰酸钾和