题目内容

8．已知锌与稀盐酸反应放热．某学生为了探究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．所用稀盐酸浓度有1.00mol•L-1、2.00mol•L-1两种浓度，每次实验稀盐酸的用量为25.00mL，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．
（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
①298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．
②298  
③308  
④298 
（2）实验①记录如下（换算成标况）：
时间（s）102030405060708090100
氢气体积
（mL）		16.839.267.2224420492.8520.8543.2554.4560
①计算在30s～40s范围内盐酸的平均反应速率ν（HCl）=0.056mol•L-1•s-1．（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0s～10s、10s～20s、20s～30s、30s～40s…）为40s～50s，可能原因是反应放热．
（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，他就事先在盐酸溶液中分别加入等体积的下列溶液以减慢反应速率：
A．氨水    B．CuCl2溶液    C．NaCl溶液   D．KNO3溶液
你认为他上述做法中可行的是C（填相应字母）；
（4）另有某温度时，在2L容器中X、Y、Z物质的量随时间的变化关系曲线如下图1所示，该反应的化学方程式为：3X+Y?2Z．

（5）在化学反应速率的学习中，某化学研究小组的同学为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，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2甲可通过观察生成气泡的快慢判断，定性比较得出结论．有同学提出将FeCl3改为Fe2（SO4）3更为合理，其理由是控制阴离子相同，排除阴离子不同造成的干扰．
②定量分析：如图2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收集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计算氢气的物质的量n（H2），再计算出溶液中氢离子浓度的改变，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算30-40s范围内盐酸的平均反应速率；
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；将FeCl3改为Fe2（SO4）3更为合理的理由是控制阴离子相同，排除阴离子不同造成的干扰；
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，所以盐酸的浓度是不同的，实验①是2.00mol•L-1，则实验②是1.00mol•L-1；
（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2.00mol•L-1；
（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，表面积不同，实验①盐酸浓度是2.00mol•L-1，所以实验④应该是细颗粒，盐酸浓度是2.00mol•L-1；
故答案为：

编号T/K锌规格盐酸浓度/mol•L-1实验目的
①298粗颗粒2.00③
④
②298粗颗粒1.00
③308粗颗粒2.00
④298细颗粒2.00
（2）①在30-40s范围内氢气的n（H2）=$\frac{（224-67.2）×1{0}^{-3}}{22.4}$mol=0.007mol，则溶液中的氢离子改变了0.007mol×2=0.014mol，则△c（H+）=$\frac{△（{H}^{+}）}{V（HCl）}$=$\frac{0.014mol}{0.025L}$=0.56mol/L，所以在30-40s范围内盐酸的平均反应速率v（HCl）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.56mol/L}{10s}$=0.056mol/（L•s），
故答案为：0.056mol/（L•s）；
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）A．加入氨水，盐酸被中和，不能达到减慢速率的目的，故A错误；
B．加入氯化铜，则金属锌会置换出金属铜，形成Cu、Zn、盐酸原电池，会加快反应速率，故B错误；
C．在盐酸中加入NaCl溶液相当于将盐酸稀释，盐酸中氢离子浓度减小，所以速率减慢，故C正确；
D．加入硝酸钾溶液后，锌与氢离子、硝酸根发生氧化还原反应生成一氧化氮，不再产生氢气，故D错误；
故答案为：C；
（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+Y?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；将FeCl3改为Fe2（SO4）3更为合理的理由是控制阴离子相同，排除阴离子不同造成的干扰，
故答案为：生成气泡的快慢判断；控制阴离子相同，排除阴离子不同造成的干扰；
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，需要测量的数据是收集40mL气体所需要的时间，
故答案为：收集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，注意信息中提供的条件及图表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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