Question

8．已知鋅與稀鹽酸反應(yīng)放熱．某學(xué)生為了探究反應(yīng)過程中的速率變化，用排水集氣法收集反應(yīng)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(shí)驗(yàn)稀鹽酸的用量為25.00mL，鋅有細(xì)顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格，用量為6.50g．實(shí)驗(yàn)溫度為298K、308K．
（1）完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（填寫表格中空白項(xiàng)），并在實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧?duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)：

編號(hào)	T/K	鋅規(guī)格	鹽酸濃度/mol•L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/td>
①	298	粗顆粒	2.00	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究鹽酸濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究鋅規(guī)格（粗、細(xì)）對(duì)該反應(yīng)速率的影響．
②	298
③	308
④	298

（2）實(shí)驗(yàn)①記錄如下（換算成標(biāo)況）：

時(shí)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(jì)算在30s～40s范圍內(nèi)鹽酸的平均反應(yīng)速率ν（HCl）=0.056mol•L^-1•s^-1．（忽略溶液體積變化，不需要寫出計(jì)算過程）．
②反應(yīng)速率最大的時(shí)間段（即0s～10s、10s～20s、20s～30s、30s～40s…）為40s～50s，可能原因是反應(yīng)放熱．
（3）另一學(xué)生也做同樣的實(shí)驗(yàn)，由于反應(yīng)太快，測(cè)量氫氣的體積時(shí)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(yīng)速率：
A．氨水    B．CuCl₂溶液    C．NaCl溶液   D．KNO₃溶液
你認(rèn)為他上述做法中可行的是C（填相應(yīng)字母）；
（4）另有某溫度時(shí)，在2L容器中X、Y、Z物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線如下圖1所示，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3X+Y?2Z．

（5）在化學(xué)反應(yīng)速率的學(xué)習(xí)中，某化學(xué)研究小組的同學(xué)為比較Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果，分別設(shè)計(jì)了如下圖甲、乙所示的實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)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(xué)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(shí)驗(yàn)時(shí)均以生成40mL氣體為準(zhǔn)，其它可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均已忽略，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的數(shù)據(jù)是收集40mL氣體所需要的時(shí)間．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，注意對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，采用控制變量法來比較外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響；
（2）①計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量n（H₂），再計(jì)算出溶液中氫離子濃度的改變，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算30-40s范圍內(nèi)鹽酸的平均反應(yīng)速率；
②根據(jù)相等時(shí)間段內(nèi)，產(chǎn)生的氫氣的體積越大，可以確定反應(yīng)速率越快，據(jù)影響反應(yīng)速率的因素來判斷；
（3）根據(jù)濃度以及原電池原理的應(yīng)用來確定化學(xué)反應(yīng)速率的變化情況；
（4）根據(jù)物質(zhì)的量的變化判斷反應(yīng)物和生成物，根據(jù)物質(zhì)的量的變化之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比書寫方程式；
（5）①定性分析：根據(jù)反應(yīng)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(yīng)是通過反應(yīng)速率分析的，所以根據(jù)v=$\frac{△V}{△t}$判斷．

解答 解：（1）（Ⅰ）由實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍�，探究濃度、溫度、接觸面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，實(shí)驗(yàn)①②探究鹽酸濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響，所以鹽酸的濃度是不同的，實(shí)驗(yàn)①是2.00mol•L^-1，則實(shí)驗(yàn)②是1.00mol•L^-1；
（Ⅱ）探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響，則固體的表面積以及鹽酸的濃度應(yīng)該是一樣的，所以實(shí)驗(yàn)③應(yīng)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(xì)）對(duì)該反應(yīng)速率的影響，要求試驗(yàn)溫度以及鹽酸的濃度是相等的，表面積不同，實(shí)驗(yàn)①鹽酸濃度是2.00mol•L^-1，所以實(shí)驗(yàn)④應(yīng)該是細(xì)顆粒，鹽酸濃度是2.00mol•L^-1；
故答案為：

編號(hào)	T/K	鋅規(guī)格	鹽酸濃度/mol•L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/td>
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(xì)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(yīng)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(shí)間段內(nèi)，產(chǎn)生的氫氣的體積越大，可以確定反應(yīng)速率越快，所以反應(yīng)速率最大的時(shí)間段是40～50s，可能原因是反應(yīng)放熱，溫度高，反應(yīng)速率快，
故答案為：40～50s；反應(yīng)放熱；
（3）A．加入氨水，鹽酸被中和，不能達(dá)到減慢速率的目的，故A錯(cuò)誤；
B．加入氯化銅，則金屬鋅會(huì)置換出金屬銅，形成Cu、Zn、鹽酸原電池，會(huì)加快反應(yīng)速率，故B錯(cuò)誤；
C．在鹽酸中加入NaCl溶液相當(dāng)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(yīng)生成一氧化氮，不再產(chǎn)生氫氣，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（4）由圖象可以看出，反應(yīng)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(yīng)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(yīng)的化學(xué)方程式為3X+Y?2Z，
故答案為：3X+Y?2Z；
（5）①定性分析：該反應(yīng)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(yīng)是通過生成氣體的反應(yīng)速率分析判斷的，所以根據(jù)v=$\frac{△V}{△t}$知，需要測(cè)量的數(shù)據(jù)是收集40mL氣體所需要的時(shí)間，
故答案為：收集40mL氣體所需要的時(shí)間．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素及反應(yīng)速率的計(jì)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(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力．