Question

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1.00 mol·L^-1、2.00 mol·L^-1两种浓度，每次实验稀盐酸的用量为25.00 mL，锌有细颗粒与粗颗粒两种规格，用量为6.50 g。实验温度为298 K、308 K。

（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
①	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      探究温度对该反应速率的影响； （Ⅲ）实验①和      探究锌规格（粗、细）对该反应速率的影响。
②	298]
③	308
④	298

（2）实验①记录如下（换算成标况）：

时间(s)	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
氢气体积 (mL)	16.8	39.2	67.2	224	420	492.8	520.8	543.2	554.4	560

①计算在30s～40s范围内盐酸的平均反应速率ν(HCl)=                   。（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～10 s、10s～20 s、20s～30s、30s～40s、40s～50s......)为      ，可能原因是                             ；

③反应速率最小的时间段为      ，可能原因是                  。

（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               (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所示，该反应的化学方程式为：                          。

（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：如下图甲可通过观察              ，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                            。

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                        。

Answer

（1）②粗颗粒、1.00 ③粗颗粒、2.00 ④细颗粒、2.00 （Ⅱ）③（Ⅲ）④；

（2）①0.056 mol·L-1·s-1 ②40s～50s，从反应放热角度回答皆可 ③90s～100s,从盐酸浓度降低角度回答皆可； （3）C； （4）3X+Y 2Z； （5）①反应产生气泡快慢或反应完成的先后或试管壁的冷热程度（答案合理皆可）；控制阴离子相同，排除阴离子不同造成的干扰，②收集40mL气体所需要的时间。

【解析】

试题分析：（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相同的，实验①是粗颗粒，因此实验②也是粗颗粒，而盐酸的浓度不同，应该是1.00mol/L；

（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，要求实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；

（2）①在30-40s范围内生成氢气的物质的量＝＝0.007mol，则消耗盐酸的物质的量是0.014mol，其浓度是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）＝0.56mol/L÷10s＝0.056mol/（L·s）；

②根据相同时间段内，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；

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；

（3）在盐酸中加入A．氨水中和盐酸，氢离子浓度降低，反应速率减小，但产生的氢气体积也减小，A错误；B．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，B错误；C．NaCl溶液都相当于将盐酸稀释，盐酸中氢离子浓度减小，所以速率减慢，C正确； D．加入KNO3溶液相当于是硝酸，不能产生氢气，D错误，答案选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；

（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。由于阴离子也可能会对反应速率产生影响，所以将FeCl3改为Fe2(SO4)3可以控制阴离子相同，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=△V/△t可知，需要测量的数据是产生40ml气体所需要的时间。

【考点定位】本题主要是考查化学反应速率的影响因素及反应速率的计算

【名师点晴】该题的难点是控制变量法解决影响反应速率的因素实验设计。该类试题在解答时需要明确控制变量法探究影响化学反应速率的因素：影响化学反应速率的因素有多种，在探究相关规律时，需要控制其他条件不变，只改变某一个条件，探究这一条件对反应速率的影响。变量探究实验因为能够考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据归纳得出合理结论的能力，因而在这几年高考试题中有所考查。解答此类题时，要认真审题，清楚实验目的，弄清要探究的外界条件有哪些。然后分析题给图表，确定一个变化的量，弄清在其他几个量不变的情况下，这个变化量对实验结果的影响，进而总结出规律。然后再确定另一个变量，重新进行相关分析。但在分析相关数据时，要注意题给数据的有效性。