Question

請你協(xié)助化學興趣小組的同學完成如下實驗，并回答相關(guān)問題．
實驗?zāi)康模罕容^等體積0.5mol?L^-1硫酸、1mol?L^-1鹽酸、1mol?L^-1醋酸分別與金屬反應(yīng)生成氫氣的速率和體積．
實驗原理：（用離子方程式表示）

 

．
實驗用品：儀器（略）、藥品（除給定的三種酸溶液外，在Na、Mg、Fe三種金屬中選擇最合適的一種，并說明理由）．選擇的金屬是

 

，不選其他兩種金屬的理由是

 

．
實驗步驟：
（1）甲同學設(shè)計的實驗裝置：

（2）乙同學認為該裝置不能控制三個反應(yīng)在同一時間發(fā)生，并作了相應(yīng)的改進．你認為乙同學改進的措施是

 

．
（3）按改進后的裝置進行實驗，觀察現(xiàn)象并得出相關(guān)結(jié)論．
實驗現(xiàn)象及結(jié)論：

 

．
（4）反應(yīng)開始時的速率：v（H₂SO₄）

 

v（HCl）

 

v（HAc）（用“=”“＜”或“＞”填空，下同），反應(yīng)進行一段時間后的速率：v（H₂SO₄）＜（HCl）

 

v（HAc）；
（5）最終得到的氫氣體積：V（H₂/H₂SO₄）

 

V（H₂/HCl）

 

V（H₂/HAc）．
問題討論：
（6）量筒的規(guī)格由

 

決定．
（7）對結(jié)論“（4）”“（5）”中鹽酸和醋酸的異同，你的解釋是

 

．
（8）根據(jù)現(xiàn)有知識，上述實驗中硫酸和鹽酸分別與金屬反應(yīng)的速率應(yīng)始終相等，但反應(yīng)一段時間后有v（H₂SO₄）＜v（HCl）．對此現(xiàn)象，你猜想可能的原因是

 

．大學無機化學對此問題將有科學的解釋．

Answer 1

考點：探究影響化學反應(yīng)速率的因素

專題：化學反應(yīng)速率專題

分析：（1）根據(jù)金屬的性質(zhì)解答，Na能和水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，影響實驗結(jié)論，F(xiàn)e與酸反應(yīng)的速率較慢，實驗時間較長；鎂與酸發(fā)生置換反應(yīng)，生成鹽和氫氣，醋酸需要保留分子式；
（2）可以用分液漏斗同時向三燒瓶內(nèi)加入酸；
（3）醋酸為弱酸，硫酸和鹽酸為強酸，根據(jù)氫離子濃度對反應(yīng)速率的影響分析；氫離子總物質(zhì)的量相等，則生成氫氣的體積相等；
（4）反應(yīng)開始時硫酸和鹽酸中氫離子濃度相等，醋酸中氫離子濃度較小，據(jù)此判斷反應(yīng)速率；之后醋酸中氫離子濃度大于鹽酸、則反應(yīng)速率較大；
（5）三種酸溶液中氫離子總物質(zhì)的量相等，則生成氫氣的體積相等；
（6）量筒用于測量生成氫氣的體積，氫氣的體積取決于酸溶液的體積；
（7）HCl為強電解質(zhì)，完全電離，醋酸為弱電解質(zhì)，存在電離平衡，開始氫離子濃度鹽酸大于醋酸溶液，兩種提供的氫離子的物質(zhì)的量相等，最后生成的氫氣一樣多；
（8）根據(jù)硫酸、鹽酸中存在的粒子類型分析對反應(yīng)速率的影響．

解答： 解：Na太活潑，能和水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，影響實驗結(jié)論；Fe與酸反應(yīng)的速率較慢，實驗時間較長，故鎂較合適；
鎂與硫酸、鹽酸反應(yīng)實質(zhì)為，鎂與氫離子反應(yīng)，置換出氫氣，反應(yīng)離子方程式為：2H⁺+Mg=H₂↑+Mg²⁺，
醋酸是弱電解質(zhì)，應(yīng)寫化學式，反應(yīng)離子方程式為：2CH₃COOH+Mg=H₂↑+Mg²⁺+2CH₃COO^-，
故答案為：2H⁺+Mg=H₂↑+Mg²⁺、2CH₃COOH+Mg=H₂↑+Mg²⁺+2CH₃COO^-；Mg；由于Na太活潑，能和水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，影響實驗結(jié)論，F(xiàn)e與酸反應(yīng)的速率較慢，實驗時間較長；
（2）保證同時向三燒瓶內(nèi)加入酸，可同時用分液漏斗分別向燒瓶中加入酸液，
故答案為：同時用分液漏斗分別向燒瓶中加入酸液；
（3）實驗現(xiàn)象為：反應(yīng)開始時醋酸反應(yīng)速率小于鹽酸和硫酸反應(yīng)速率，當反應(yīng)進行到一定程度后，醋酸的反應(yīng)速率大于鹽酸和硫酸；
由于醋酸、鹽酸最終提供的H⁺的物質(zhì)的量相等，故最后的得到H₂體積相等，
故答案為：反應(yīng)開始時醋酸反應(yīng)速率小于鹽酸和硫酸反應(yīng)速率，當反應(yīng)進行到一定程度后，醋酸的反應(yīng)速率大于鹽酸和硫酸；最終得到的氫氣體積相等；
（4）反應(yīng)開始時的速率：硫酸與鹽酸中氫離子濃度相等，二者反應(yīng)速率相等，則醋酸為弱酸，氫離子濃度小于鹽酸和硫酸，則反應(yīng)速率最小，即：v（H₂SO₄）=v（HCl）＞v（HAc）；
反應(yīng)進行一段時間后，硫酸和鹽酸中氫離子濃度快速減小，而醋酸中氫離子濃度最大，則反應(yīng)速率：v（H₂SO₄）＜（HCl）＜v（HAc），
故答案為：=；＞；＜；
（5）由于醋酸、鹽酸最終提供的H⁺的物質(zhì)的量相等，故最后的得到H₂體積相等，即：V（H₂/H₂SO₄）=V（H₂/HCl）=V（H₂/HAc），
故答案為：=；=；
（6）量筒用于測量生成氫氣的體積，氫氣的體積取決于酸溶液的體積，
故答案為：酸溶液的體積；
（7）醋酸為弱酸，所以醋酸中存在電離平衡，開始時c（H⁺）小于鹽酸，則反應(yīng)速率也小于鹽酸；由于醋酸、鹽酸最終提供的H⁺的物質(zhì)的量相等，故最后的得到H₂體積相等，
故答案為：醋酸中存在電離平衡，反應(yīng)開始時c（H⁺）小于鹽酸，故反應(yīng)速率小于鹽酸；由于醋酸、鹽酸最終提供的H⁺的物質(zhì)的量相等，故最后的得到H₂體積相等；
（8）硫酸第二步電離可能不是完全的，即H⁺的存在抑制HSO₄^-的電離（或：SO₄^-抑制H⁺與Mg的反應(yīng)或Cl^-促進H⁺與Mg的反應(yīng)），導(dǎo)致反應(yīng)一段時間后有v（H₂SO₄）＜v（HCl），
故答案為：H⁺的存在抑制HSO₄^-的電離（或：SO₄^-抑制H⁺與Mg的反應(yīng)或Cl^-促進H⁺與Mg的反應(yīng)）．

點評：本題考查了決定化學反應(yīng)速率大小的是物質(zhì)本身的性質(zhì)、響化學反應(yīng)速率的因素，題目難度中等，明確同種金屬與酸反應(yīng)時，酸性強的酸反應(yīng)速率快，試題充分考查了學生的分析、理解能力．