Question

8．已知鋅與稀鹽酸反應放熱．某學生為了探究反應過程中的速率變化，用排水集氣法收集反應放出的氫氣．所用稀鹽酸濃度有1.00mol•L^-1、2.00mol•L^-1兩種濃度，每次實驗稀鹽酸的用量為25.00mL，鋅有細顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格，用量為6.50g．實驗溫度為298K、308K．
（1）完成以下實驗設計（填寫表格中空白項），并在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號：

編號	T/K	鋅規(guī)格	鹽酸濃度/mol•L-1	實驗目的
①	298	粗顆粒	2.00	（Ⅰ）實驗①和②探究鹽酸濃度對該反應速率的影響； （Ⅱ）實驗①和③探究溫度對該反應速率的影響； （Ⅲ）實驗①和④探究鋅規(guī)格（粗、細）對該反應速率的影響．
②	298
③	308
④	298

（2）實驗①記錄如下（換算成標況）：

時間（s）	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
氫氣體積 （mL）	16.8	39.2	67.2	224	420	492.8	520.8	543.2	554.4	560

①計算在30s～40s范圍內(nèi)鹽酸的平均反應速率ν（HCl）=0.056mol•L^-1•s^-1．（忽略溶液體積變化，不需要寫出計算過程）．
②反應速率最大的時間段（即0s～10s、10s～20s、20s～30s、30s～40s…）為40s～50s，可能原因是反應放熱．
（3）另一學生也做同樣的實驗，由于反應太快，測量氫氣的體積時不好控制，他就事先在鹽酸溶液中分別加入等體積的下列溶液以減慢反應速率：
A．氨水    B．CuCl₂溶液    C．NaCl溶液   D．KNO₃溶液
你認為他上述做法中可行的是C（填相應字母）；
（4）另有某溫度時，在2L容器中X、Y、Z物質(zhì)的量隨時間的變化關(guān)系曲線如下圖1所示，該反應的化學方程式為：3X+Y?2Z．

（5）在化學反應速率的學習中，某化學研究小組的同學為比較Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，分別設計了如下圖甲、乙所示的實驗．請回答相關(guān)問題：
①定性分析：如圖2甲可通過觀察生成氣泡的快慢判斷，定性比較得出結(jié)論．有同學提出將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃更為合理，其理由是控制陰離子相同，排除陰離子不同造成的干擾．
②定量分析：如圖2乙所示，實驗時均以生成40mL氣體為準，其它可能影響實驗的因素均已忽略，實驗中需要測量的數(shù)據(jù)是收集40mL氣體所需要的時間．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗的目的和影響化學反應速率的因素來設計實驗，注意對照實驗的設計是關(guān)鍵，采用控制變量法來比較外界條件對反應速率的影響；
（2）①計算氫氣的物質(zhì)的量n（H₂），再計算出溶液中氫離子濃度的改變，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算30-40s范圍內(nèi)鹽酸的平均反應速率；
②根據(jù)相等時間段內(nèi)，產(chǎn)生的氫氣的體積越大，可以確定反應速率越快，據(jù)影響反應速率的因素來判斷；
（3）根據(jù)濃度以及原電池原理的應用來確定化學反應速率的變化情況；
（4）根據(jù)物質(zhì)的量的變化判斷反應物和生成物，根據(jù)物質(zhì)的量的變化之比等于化學計量數(shù)之比書寫方程式；
（5）①定性分析：根據(jù)反應生成氣體的快慢分析；將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃更為合理的理由是控制陰離子相同，排除陰離子不同造成的干擾；
②定量分析：該反應是通過反應速率分析的，所以根據(jù)v=$\frac{△V}{△t}$判斷．

解答 解：（1）（Ⅰ）由實驗目的可知，探究濃度、溫度、接觸面積對化學反應速率的影響，實驗①②探究鹽酸濃度對該反應速率的影響，所以鹽酸的濃度是不同的，實驗①是2.00mol•L^-1，則實驗②是1.00mol•L^-1；
（Ⅱ）探究溫度對該反應速率的影響，則固體的表面積以及鹽酸的濃度應該是一樣的，所以實驗③應該是粗顆粒的固體，鹽酸的濃度選擇2.00mol•L^-1；
（Ⅲ）探究鋅規(guī)格（粗、細）對該反應速率的影響，要求試驗溫度以及鹽酸的濃度是相等的，表面積不同，實驗①鹽酸濃度是2.00mol•L^-1，所以實驗④應該是細顆粒，鹽酸濃度是2.00mol•L^-1；
故答案為：

編號	T/K	鋅規(guī)格	鹽酸濃度/mol•L-1	實驗目的
①	298	粗顆粒	2.00	③ ④
②	298	粗顆粒	1.00
③	308	粗顆粒	2.00
④	298	細顆粒	2.00

（2）①在30-40s范圍內(nèi)氫氣的n（H₂）=$\frac{（224-67.2）×1{0}^{-3}}{22.4}$mol=0.007mol，則溶液中的氫離子改變了0.007mol×2=0.014mol，則△c（H⁺）=$\frac{△（{H}^{+}）}{V（HCl）}$=$\frac{0.014mol}{0.025L}$=0.56mol/L，所以在30-40s范圍內(nèi)鹽酸的平均反應速率v（HCl）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.56mol/L}{10s}$=0.056mol/（L•s），
故答案為：0.056mol/（L•s）；
②根據(jù)相等時間段內(nèi)，產(chǎn)生的氫氣的體積越大，可以確定反應速率越快，所以反應速率最大的時間段是40～50s，可能原因是反應放熱，溫度高，反應速率快，
故答案為：40～50s；反應放熱；
（3）A．加入氨水，鹽酸被中和，不能達到減慢速率的目的，故A錯誤；
B．加入氯化銅，則金屬鋅會置換出金屬銅，形成Cu、Zn、鹽酸原電池，會加快反應速率，故B錯誤；
C．在鹽酸中加入NaCl溶液相當于將鹽酸稀釋，鹽酸中氫離子濃度減小，所以速率減慢，故C正確；
D．加入硝酸鉀溶液后，鋅與氫離子、硝酸根發(fā)生氧化還原反應生成一氧化氮，不再產(chǎn)生氫氣，故D錯誤；
故答案為：C；
（4）由圖象可以看出，反應中X、Y的物質(zhì)的量減小，Z的物質(zhì)的量增多，則X、Y為反應物，Z為生成物，且△n（X）：△n（Y）：△n（Z）=0.6mol：0.2mol：0.4mol=3：1：2，則反應的化學方程式為3X+Y?2Z，
故答案為：3X+Y?2Z；
（5）①定性分析：該反應中產(chǎn)生氣體，所以可根據(jù)生成氣泡的快慢判斷；將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃更為合理的理由是控制陰離子相同，排除陰離子不同造成的干擾，
故答案為：生成氣泡的快慢判斷；控制陰離子相同，排除陰離子不同造成的干擾；
②定量分析：該反應是通過生成氣體的反應速率分析判斷的，所以根據(jù)v=$\frac{△V}{△t}$知，需要測量的數(shù)據(jù)是收集40mL氣體所需要的時間，
故答案為：收集40mL氣體所需要的時間．

點評 本題考查化學反應速率的影響因素及反應速率的計算，注意信息中提供的條件及圖表的分析是解答的關(guān)鍵，較好的考查學生綜合應用知識的能力．