Question

19．某学生用0.1×10×25mm³，质量分数≥99.5%的铝片和盐酸反应制取H₂，实验现象见下表：

	1min	2min	5min	15min	20min
3mol•L-1HCl	少量气泡	较多气泡	打量气泡	反应剧烈	铝片耗尽
1.5mol•L-1H2SO4	均无明显现象（只有少量气泡）

（1）写出铝片与盐酸、硫酸反应的离子方程式2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑
（2）反应1～15min内，铝与盐酸的反应速率逐渐加快，15～20min内，反应速率逐渐减小．其原因是反应1～15min内，反应放出热量，温度升高，使化学反应速率加快；15～20min内，由于溶液中H⁺浓度降低，所以导致反应速率减小
（3）①根据铝片与盐酸和硫酸反应现象的差异，有学生对此现象提出如下猜想（至少要写出两种假设）：
假设一：Cl^-对该反应有促进作用，SO₄^2-对该反应不影响．
假设二：SO₄²对金属铝与H⁺反应没有影响．
假设三：SO₄²对金属铝与H⁺反应有抑制作用．
假设四：带低电荷的阴离子对金属铝与H⁺反应有促进作用．
请你以“假设一”为实验课题，设计实验方案探究，要求出主要实验步骤将NaCl颗粒加入Al片与稀盐酸反应液中，看反应速率有无变化及变化情况，来判断Cl^-是否对反应起作用．若速率加快，说明Cl^-对该反应有促进作用；若速率不变，说明Cl^-对该反应的速率不影响．将K₂SO₄颗粒加入Al片与稀H₂SO₄反应液中，看反应速率有无变化及变化情况，来判断SO₄^2-是否对反应起作用．若速率减小，说明SO₄²对该反应有抑制作用；若速率不变，说明SO₄²对该反应的速率不影响．

Answer 1

分析 （1）在金属活动顺序表中，铝排在氢的前面，铝与非强氧化性酸中的氢离子反应生成铝离子和氢气；
（2）根据该反应的反应热及溶液中氢离子的浓度判断，温度越高反应速率越快，金属和酸的反应是放热反应，反应物浓度越小，反应速率越小；
（3）利用固定变量法探究氯离子和硫酸根离子对金属铝与H⁺反应的影响．

解答 解：（1）盐酸、稀硫酸为非强氧化性的酸，铝与酸反应生成铝离子和氢气，离子方程式为：2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑，
故答案为：2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑；
（2）反应1～15min内，铝与酸的反应是放出热量的，导致温度升高，使化学反应速率加快，随着反应的进行，15～20min内，溶液中氢离子的浓度逐渐减小，浓度越小，反应速率越小．
故答案为：反应1～15min内，反应放出热量，温度升高，使化学反应速率加快；15～20min内，由于溶液中H⁺浓度降低，所以导致反应速率减小；
（3）H⁺浓度相同的稀盐酸、稀硫酸反应，只有酸根离子不同，考虑酸根离子对反应速率的影响设计实验方案．假设二：SO₄²对金属铝与H⁺反应没有影响，假设三：SO₄²对金属铝与H⁺反应有抑制作用，假设四：也可从带低电荷的阴离子对金属铝与H⁺反应有促进作用角度考虑，
氯离子对铝与酸的反应有促进作用，在铝与硫酸反应的溶液中加入氯化钠固体，观察反应速率是否加快，若速率加快，说明Cl^-对该反应有促进作用；若速率不变，说明Cl^-对该反应的速率不影响，
硫酸根离子对铝与酸的反应有抑制作用．为了验证该假设，在铝与硫酸反应的溶液中加入硫酸钾固体，观察反应速率，看反应速率有无变化及变化情况，来判断SO₄^2-是否对反应起作用，
故答案为：SO₄²对金属铝与H⁺反应没有影响；SO₄²对金属铝与H⁺反应有抑制作用；带低电荷的阴离子对金属铝与H⁺反应有促进作用；将NaCl颗粒加入Al片与稀盐酸反应液中，看反应速率有无变化及变化情况，来判断Cl^-是否对反应起作用．若速率加快，说明Cl^-对该反应有促进作用；若速率不变，说明Cl^-对该反应的速率不影响．将K₂SO₄颗粒加入Al片与稀H₂SO₄反应液中，看反应速率有无变化及变化情况，来判断SO₄^2-是否对反应起作用．若速率减小，说明SO₄²对该反应有抑制作用；若速率不变，说明SO₄²对该反应的速率不影响．

点评 本题是一道实验探究题，考查了催化剂对化学反应速率的影响，解题的方法是：利用固定变量法设计实验论证假设，题目难度中等．