Question

某化学兴趣小组的同学通过实验比较等体积（200mL）0.55mol/L硫酸、1.1mol/L盐酸、1.1mol/L醋酸分别与过量金属反应生成氢气的速率请你协助完成如下实验，并回答相关问题．

（1）实验用品：仪器（略）、药品（除给定的三种酸溶液外，在Na、Mg、Fe三种金属中选择最合适的一种，并说明理由）．选择的金属是    ，不选其它两种金属的理由是    ．
（2）实验原理：（用离子方程式表示）    ．
（3）甲同学设计的实验装置，乙同学认为该装置不能控制三个反应在同一时间发生，并作了相应的改进．你认为乙同学改进的措施是：    ．
（4）按改进后的装置进行实验，实验中HCl与金属反应产生H₂质量随时间变化的关系见图一，计算实验在80-120s范围内HCl的平均反应速率    （忽略溶液体积变化，写出计算过程）．
（5）请在答题卡的框图中，画出HAc、H₂SO₄与金属反应产生H₂质量随时间变化关系的预期结果示意图．
（6）量筒的规格由    决定．
（7）对盐酸和醋酸反应图象的异同，你的解释是    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据金属的性质解答． Na能和水反应产生氢气，影响实验结论；Fe与酸反应的速率较慢，实验时间较长；
（2）镁与酸发生置换反应，生成盐和氢气；
（3）保证同时向三烧瓶内加入酸；
（4）根据氢气的质量计算出参加反应的HCl的物质的量，进而计算出盐酸的浓度变化量，根据v=计算反应速率；
（5）硫酸中氢离子浓度大于醋酸中氢离子浓度，反应速率硫酸比醋酸快，两种提供的氢离子的物质的量相等，最后生成的氢气一样多；
（6）量筒用于测量生成氢气的体积，氢气的体积取决于酸溶液的体积；
（7）HCl为强电解质，完全电离，醋酸为弱电解质，存在电离平衡，开始氢离子浓度盐酸大于醋酸溶液，两种提供的氢离子的物质的量相等，最后生成的氢气一样多．
解答：解：（1）Na太活泼，能和水反应产生氢气，影响实验结论；Fe与酸反应的速率较慢，实验时间较长．故镁较合适，
故答案为：Mg；由于Na太活泼，能和水反应产生氢气，影响实验结论；Fe与酸反应的速率较慢，实验时间较长；
（2）镁与硫酸、盐酸反应实质为，镁与氢离子反应，置换出氢气，反应离子方程式为2H⁺+Mg=H₂↑+Mg²⁺，
醋酸是弱电解质，应写化学式，离子方程式为 2CH₃COOH+Mg=H₂↑+Mg²⁺+2CH₃COO^-，
故答案为：2H⁺+Mg=H₂↑+Mg²⁺、2CH₃COOH+Mg=H₂↑+Mg²⁺+2CH₃COO^-；
（3）保证同时向三烧瓶内加入酸，可同时用分液漏斗分别向烧瓶中加入酸液，故答案为：同时用分液漏斗分别向烧瓶中加入酸液；
（4）由图可知，80-120s范围内生成氢气的质量为0.21g-0.18g=0.03g，
 2HCl～H₂ ↑                 
2mol   2g
nmol   0.03g
所以n=0.03mol
所以△c（HCl ）==0.15mol/L，
所以v（HCl ）==0.00375mol/（L．min），
故答案为：0.00375mol/（L．min）；
（5）硫酸中氢离子浓度大于醋酸中氢离子浓度，反应速率硫酸比醋酸快，两种提供的氢离子的物质的量相等，最后生成的氢气一样多．HAc、H₂SO₄与金属反应产生H₂质量随时间变化关系的示意图为：
，故答案为：；

（6）量筒用于测量生成氢气的体积，氢气的体积取决于酸溶液的体积，故答案为：酸溶液的体积；
（7）醋酸中存在电离平衡，反应开始时c（H⁺）小于盐酸，故反应速率也小于盐酸．由于醋酸、盐酸最终提供的H⁺的物质的量相等，故最后的得到H₂体积相等，
故答案为：醋酸中存在电离平衡，反应开始时c（H⁺）小于盐酸，故反应速率也小于盐酸．由于醋酸、盐酸最终提供的H⁺的物质的量相等，故最后的得到H₂体积相等．
点评：本题考查了决定化学反应速率大小的是物质本身的性质、响化学反应速率的因素，并且融合了化学实验，形式新颖灵活，同种金属与酸反应时，酸性强的酸反应速率快．