Question

3．氧化剂H₂O₂在反应时不产生污染物，被称为绿色氧化剂，因而受到人们越来越多的关注．
Ⅰ．某实验小组以H₂O₂分解为例，探究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响．在常温下按照下表所示的方案完成实验．

实验编号	反应物	催化剂
①	10mL 2%H2O2溶液	无
②	10mL 5%H2O2溶液	无
③	10mL 5%H2O2溶液	1mL 0.1mol•L-1FeCl3溶液
④	10mL 5%H2O2溶液+少量HCl溶液	1mL 0.1mol•L-1FeCl3溶液
⑤	10mL 5%H2O2溶液+少量NaOH溶液	1mL 0.1mol•L-1FeCl3溶液

（1）实验①和②的目的是探究浓度对反应速率的影响．
同学们进行实验时没有观察到明显现象而无法得出结论．资料显示，通常条件下H₂O₂稳定，不易分解．为了达到实验目的，你对原实验方案的改进方法是向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放在同一热水浴中）（填一种即可）．
（2）实验③④⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图所示．
分析该图能够得出的实验结论是碱性环境能增大H₂O₂分解的速率，酸性环境能减小H₂O₂分解的速率．
Ⅱ．若在恒温条件下，将N₂与H₂按一定比例混合通入一个容积为2L固定容积的密闭容
器中，5min后反应达平衡时，n（N₂）=1.2mol，n（H₂）=1.2mol，n（NH₃）=0.8mol，则反应速率v（N₂）=0.04mol/（L•mim），平衡常数=1.23（mol/L）^-2（保留两位小数）．若保持容器的温度和容积不变，将上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍，则平衡向右（填向左、向右或不移动）移动．
Ⅲ．（1）为了加深对影响反应速率因素的认识，老师让甲同学完成下列实验：
在Ⅱ中的实验装置的锥形瓶内盛6.5g锌粒（颗粒大小基本相同），通过分液漏斗加入40mL 2.5mol/L的硫酸，10s时收集产生的H₂体积为50mL（若折合成标准状况下的H₂体积为44.8mL），用锌粒来表示10s内该反应的速率为0.013g/s；
（2）根据化学反应速率与化学平衡理论，联系化工生产实际，你认为下列说法不正确的是C（填序号）．
A．化学反应速率理论可以指导怎样在一定时间内快出产品
B．勒夏特列原理可以指导怎样使有限原料多出产品
C．催化剂的使用是提高产品产率的有效办法
D．正确利用化学反应速率和化学反应限度都可以提高化工生产的综合经济效益．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）比较对照，在相同的条件下实验①和②H₂O₂溶液的浓度不同，实验目的是探究浓度对反应速率的影响；为了便于比较，应在相同的条件下利用一个变量来比较；
（2）由图可知，⑤的反应速率最大，④的反应速率最小，根据图象可判断，碱性环境能增大H₂O₂分解的速率，酸性环境能减小H₂O₂分解的速率；
Ⅱ．先根据平衡时氨气的物质的量计算参加反应的氮气的物质的量，再计算其反应速率，根据起始量和平衡时的量来计算平衡常数，并利用浓度增大来分析平衡的移动；
Ⅲ．（1）根据速率单位选择计算方法：固体质量的变化量和时间的比值；
（2）A．化学反应速率，表示反应快慢物理量；
B．勒夏特列原理可指导怎样使用有限原料多出产品；
C．催化剂的使用提高反应速率；
D．正确利用化学反应速率和化学反应限度都可以提高化工生产的综合经济效益．

解答 解：Ⅰ．（1）实验①10mL2% H₂O₂溶液，实验②10mL5% H₂O₂溶液，两者中双氧水的浓度不同，所以实验的目的是探究浓度对化学反应速率的影响；为了便于比较，应在相同的条件下利用一个变量来比较，则向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放在同一热水浴中），
故答案为：探究浓度对反应速率的影响；向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放在同一热水浴中）；
（2）实验③、④、⑤中不同的是溶液的酸碱性，由图可知，⑤的反应速率最大，④的反应速率最小，结合实验方案可知，碱性环境能增大H₂O₂分解的速率，酸性环境能减小H₂O₂分解的速率，
故答案为：碱性环境能增大H₂O₂分解的速率，酸性环境能减小H₂O₂分解的速率；
Ⅱ．5分钟后反应达平衡时，n（N₂）=1.2mol，n（H₂）=1.2mol，n （NH₃）=0.8mol，设参加反应的氮气的物质的量为x，则参加反应的氢气的物质的量为3x，则
N₂+3H₂?2NH₃，
1  3   2
x 3x  0.8mol
$\frac{1}{x}$=$\frac{2}{0.8}$，x=0.4mol，
反应速率V（N₂）=$\frac{0.4mol}{\frac{2L}{5min}}$=0.04mol/（L•mim），平衡时的浓度分别为c（N₂）=0.6mol/L、c（H₂）=0.6mol/L，c （NH₃）=0.4mol/L，则平衡常数K=$\frac{（0.4mol/L）^{2}}{0.6mol/L×（0.6mol/L）^{3}}$=1.23（mol/L）^-2，上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍，相当于缩小体积，则压强增大，化学平衡正向移动，即向右移动，
故答案为：0.04mol/（L•mim）；1.23（mol/L）^-2；向右；
Ⅲ．（1）Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑
         65g 2mol     22.4L
       0.13g 0.004mol 0.0448L
用锌粒来表示10s内该反应的速率为V=$\frac{0.13g}{10s}$=0.013g/s，
故答案为：0.013；
（2）A．化学反应速率，表示反应快慢物理量，故A正确；
B．勒夏特列原理是平衡移动原理，可指导怎样使用有限原料多出产品，故B正确；
C．催化剂的使用提高反应速率，不能改变产量，只能缩短到达平衡时间，故C错误；
D．综合经济效益既考虑原料的利用率又要考虑时间，故D正确；
故答案为：C．

点评 本题考查影响化学反应速率的因素，较好的考查学生实验设计、数据处理、图象分析的综合能力，题目难度中等，注意信息的利用解答．