Question

5．某學習研究小根據(jù)金屬鋅、鋁、鐵分別與稀鹽酸反應的相對速率，探究金屬鋅、鋁、鐵的金屬活動性和反應速率測定．
【實驗設計】為了達到實驗目的，必須控制實驗條件．你認為控制的實驗條件是（可填滿也可不填滿）
（1）反應體系的溫度（相同）；（2）鹽酸的濃度（相同）；（3）取用鹽酸的體積（相同）；（4）金屬的（比）表面積（或金屬粉末的粗細程度）（相同）．
【實驗探究】該學習研究小組在上述實驗條件相同的情況下，進行三組實驗：各量取50mL稀鹽酸于小燒杯中，分別同時加入足量的三種表面無氧化膜的金屬片，用pH計測定溶液的pH并將信息傳輸?shù)诫娔X，電腦動態(tài)地繪制出溶液中c（H⁺）隨時間t的變化曲線（反應過程中溶液的體積沒有變化）．圖1是反應到t₁s時電腦記錄的曲線：
【交流與表達】根據(jù)上述c（H⁺）隨時間t的變化曲線回答下列問題：
（1）表示金屬活動性最弱的金屬與H⁺反應的變化曲線是c（填“a”、“b”或“c”編號）． 
（2）在同一時間內(nèi)，表示不同反應的反應速率可以有：同溫同壓下放出氫氣的體積V（H₂）；溶液中H⁺濃度的減少△c（H⁺）；固體減少的量△m或△n．在0一t₁s之間，設A1和Zn分別與鹽酸反應的速率為v（Al）和v（Zn）：
Ⅰ．若以溶液中c（H⁺）減少來表示不同反應的速率，即v（Al）：v（Zn）═3：1；
Ⅱ．若以固體質(zhì)量的減輕來表示不同反應的速率，即v（Al）：v（Zn）═54：65；
Ⅲ．若以固體物質(zhì)的量減少來表示不同反應的速率，即v（Al）：v（Zn）═2：1．
IV．可以利用圖2所示的裝置測定不同濃度的硫酸與鋅的反應速率，請回答下列問題：
按照上述裝置圖安裝3套相同的裝置，并檢驗裝置氣密性良好，將注射器的活栓推至“0”刻度處；然后在三個錐形瓶中分別放入相同形狀的鋅粒2g，并分別通過分液漏斗在錐形瓶中加入1mol•L^-1、2mol•L^-1和4mol•L^-1的稀硫酸40mL．請補全下表空白：

序號	加入的稀硫酸濃度	反應時間/min	收集的氣體/mL	反應速率mL•min-1
①	1mol•L-1	11	10
②	2mol•L-1	a	10	b
③	4mol•L-1		10	5.0

請選擇一組合適的數(shù)據(jù)填寫在第②組實驗中的a、b處B．
A．12和0.83B．6和1.67C．1和10D．6和3.67．

Answer 1

分析 實驗設計：本實驗是采取控制變量的方法根據(jù)金屬鋅、鋁、鐵分別與稀鹽酸反應的相對速率來探究金屬鋅、鋁、鐵的金屬活動性，而反應速率受溫度、濃度、催化劑、表面積、壓強等內(nèi)外因的影響，而金屬活動性是內(nèi)因，因此要控制外界條件相同，如反應體系的溫度相同；鹽酸的濃度相同；鹽酸的體積相同；金屬的表面積相同；
實驗探究：（1）由圖知c（H⁺）濃度變化最小的是c，即反應速率最慢，金屬性最弱；
（2）由圖知c（H⁺）濃度變化最小的是c，即反應速率最慢，金屬性最弱，abc對應的金屬分別為鋁鋅鐵，再結(jié)合圖1分析Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ；
Ⅳ：根據(jù)①③中數(shù)據(jù)計算出①的反應速率、③的反應時間；再根據(jù)濃度對反應速率的影響判斷②可能的時間，結(jié)合②的氣體體積計算出其反應速率即可．

解答 解：實驗設計：本實驗是采取控制變量的方法根據(jù)金屬鋅、鋁、鐵分別與稀鹽酸反應的相對速率來探究金屬鋅、鋁、鐵的金屬活動性，而反應速率受溫度、濃度、催化劑、表面積、壓強等內(nèi)外因的影響，而金屬活動性是內(nèi)因，因此要控制外界條件相同，如反應體系的溫度相同，鹽酸的濃度相同，鹽酸的體積相同，金屬的表面積相同，
故答案為：反應體系的溫度（相同）；鹽酸的濃度（相同）；取用鹽酸的體積（相同）；金屬的（比）表面積（或金屬粉末的粗細程度）（相同）；
實驗探究：（1）由圖知c（H⁺）濃度變化最小的是c，即反應速率最慢，金屬性最弱，
故答案為：c；
（2）由圖知c（H⁺）濃度變化最小的是c，即反應速率最慢，金屬性最弱，abc對應的金屬分別為鋁鋅鐵，結(jié)合圖1氫離子濃度的變化分析，
Ⅰ：以溶液中c（H⁺）減少來表示不同反應的速率，v（Al）和v（Zn）的比值為$\frac{0.45mol•{L}^{-1}}{0.15mol•{L}^{-1}}$=3：1，
故答案為：3：1；
Ⅱ：根據(jù)反應關系：2Al～6H⁺，消耗的鋁質(zhì)量m（Al）=$\frac{27g•mo{l}^{-1}×0.45mol•{L}^{-1}×50×1{0}^{-3}L}{3}$，
Zn～2H⁺，m（Zn）=$\frac{65g•mo{l}^{-1}0.15mol•{L}^{-1}×1{0}^{-3}L}{2}$，所以m（Al）/（Zn）=54：65，
故答案為：54：65；
Ⅲ：鋁鋅的物質(zhì)的量減少分別為$\frac{0.45mol•{L}^{-1}×50×1{0}^{-3}L}{3}$、$\frac{0.15mol•{L}^{-1}×50×1{0}^{-3}L}{2}$，二者之比為2：1，
故答案為：2：1；
Ⅳ：①的反應速率為：$\frac{10mL}{11min}$≈0.91mL/min，
③的反應時間為：t=$\frac{10mL}{5.0mL•mi{n}^{-1}}$=2min，
②中硫酸的濃度大于①，則②的反應速率大于①，產(chǎn)生相同量的氫氣時②消耗的時間小于①，大于③，結(jié)合選項可知②的反應時間a=6min，則②的反應速率為：v=$\frac{10mL}{6min}$≈1.67mL/min，故B正確，
故答案為：

序號	加入的稀硫酸濃度	反應時間/min	收集的氣體/mL	反應速率mL•min-1
①				0.91
②
③		2

B．

點評 本題探究了溫度、濃度等因素對反應速率的影響，題目難度中等，注意掌握影響化學反應速率的因素，試題側(cè)重考查學生的分析、理解能力及化學實驗能力，（Ⅳ）為易錯點，明確②的反應時間為解答關鍵．