题目内容

1.已知锌与稀盐酸反应放热.某学生为了探究其反应过程中的速率变化,用排水集气法收集反应放出的氢气.所用稀盐酸浓度为1.00mol•L-1、2.00mol•L-1,锌有细颗粒与粗颗粒两种规格,用量为6.50g.实验温度为298K、308K,每次实验稀盐酸的用量为25.0mL.
(1)完成以下实验设计(填写表格中空白项),并在实验目的一栏中填出对应的实验编号:
编号T/K锌规格盐酸浓度/mol•L-1实验目的
298粗颗粒2.00(Ⅰ)实验①和②探究盐酸浓度对该反应速率的影响;
(Ⅱ)实验①和③探究温度对该反应速率的影响;
(Ⅲ)实验①和④探究锌规格(粗、细)对该反应速率的影响.
298  
308  
298  
(2)实验①记录如下:
时间(S)102030405060708090100
氢气体积
(ml)
16.839.267.2224420492.8520.8543.2554.4560
①计算在30-40s范围内盐酸的平均反应速率v(HCl)=0.56mol/(L•s).(忽略溶液体积变化,不需要写出计算过程).
②反应速率最大的时间段(即0~10S、10~20S、20~30S、30~40S、40~50S…)为40~50S,可能原因是反应放热;
③反应速率最小的时间段为90~100s,可能原因是盐酸浓度降低.
(3)另一学生也做同样的实验,由于反应太快,测量氢气的体积时不好控制,他就事先在硫酸溶液中分别加入等体积的下列溶液以减慢反应速率:
A.蒸馏水    B.CuCl2溶液    C.NaCl溶液
你认为他上述做法中可行的是AC(填相应字母);
(4)已知某温度时,在2L容器中X、Y、Z三种物质随时间的变化关系曲线如右图所示.该反应的化学方程式为:3X+Y?2Z.

(5)为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,某化学研究小组的同学分别设计了如下图甲、乙所示的实验.请回答相关问题:
①定性分析:如图甲可通过观察生成气泡的快慢判断,
②定量分析:如图乙所示,实验时均以生成40mL气体为准,其它可能影响实验的因素均已忽略,实验中需要测量的数据是产生40ml气体所需要的时间.

分析 (1)根据实验的目的和影响化学反应速率的因素来设计实验,注意对照实验的设计是关键,采用控制变量法来比较外界条件对反应速率的影响;
(2)①计算氢气的平均反应速率v(H2),根据反应速率之比等于方程式的系数之比计算用盐酸表示的速率;
②根据相等时间段内,产生的氢气的体积越大,可以确定反应速率越快,据影响反应速率的因素来判断;
③根据相等时间段内,产生的氢气的体积越小,可以确定反应速率越慢,据影响反应速率的因素来判断;
(3)根据浓度以及原电池原理的应用来确定化学反应速率的变化情况;
(4)根据物质的量的变化判断反应物和生成物,根据物质的量的变化之比等于化学计量数之比书写方程式;
(5)①定性分析:根据反应生成气体的快慢分析;
②定量分析:该反应是通过反应速率分析的,所以根据v=$\frac{△V}{△t}$判断.

解答 解:(1)(Ⅰ)由实验目的可知,探究浓度、温度、接触面积对化学反应速率的影响,实验①②探究盐酸浓度对该反应速率的影响,所以固体的表面积应该是不同的,实验①是粗颗粒,但是实验②是细颗粒;
(Ⅱ)探究温度对该反应速率的影响,则固体的表面积以及盐酸的浓度应该是一样的,所以实验③应该是粗颗粒的固体,盐酸的浓度选择2.00;
(Ⅲ)探究锌规格(粗、细)对该反应速率的影响,要求试验温度以及盐酸的浓度是相等的,实验①盐酸浓度是2.00,所以实验④应该是细颗粒,盐酸浓度是2.00;
故答案为:

编号T/K锌规格盐酸浓度/mol•L-1实验目的
298粗颗粒2.00
298粗颗粒2.00
308粗颗粒2.00
298细颗粒2.00
(2)①在30-40s范围内氢气的平均反应速率v(H2)=$\frac{\frac{(224-67.2)×1{0}^{-3}}{22.4}}{10}$=0.28mol/(L•s),根据反应速率之比等于方程式的系数之比,所以在30-40s范围内盐酸的平均反应速率v(HCl)=2v(H2)=0.56mol/(L•),故答案为:0.56mol/(L•);
②根据相等时间段内,产生的氢气的体积越大,可以确定反应速率越快,所以反应速率最大的时间段是40~50s,可能原因是反应放热,温度高,反应速率快,故答案为:40~50s;反应放热;
③根据相等时间段内,产生的氢气的体积越小,可以确定反应速率越慢,所以反应速率最大的时间段是90~100s,可能原因是反应进行过程中,盐酸浓度减小,反应速率慢,故答案为:90~100s;盐酸浓度降低;
(3)在硫酸中加入A.蒸馏水、C.NaCl溶液都相当于将硫酸稀释,盐酸中氢离子浓度减小,所以速率减慢,在反应中加入氯化铜,则金属锌会置换出金属铜,形成Cu、Zn、硫酸原电池,会加快反应速率,故选AC;
(4)由图象可以看出,反应中X、Y的物质的量减小,Z的物质的量增多,则X、Y为反应物,Z为生成物,且△n(X):△n(Y):△n(Z)=0.6mol:0.2mol:0.4mol=3:1:2,则反应的化学方程式为3X+?2Z,
故答案为:3X+Y?2Z;
(5)①定性分析:该反应中产生气体,所以可根据生成气泡的快慢判断,故答案为:生成气泡的快慢判断;
②定量分析:该反应是通过生成气体的反应速率分析判断的,所以根据v=$\frac{△V}{△t}$知,需要测量的数据是产生40ml气体所需要的时间,故答案为:产生40ml气体所需要的时间.

点评 本题考查化学反应速率的影响因素及反应速率的计算,注意信息中提高的条件及图象的分析是解答的关键,较好的考查学生综合应用知识的能力.

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