Question

【題目】某探究小組用HNO3與大理石反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量減小的方法，研究影響反應(yīng)速率的因素。所用HNO3濃度為1.00 mol·L-1、2.00 mol·L-1，大理石有細(xì)顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格，實(shí)驗(yàn)溫度為298 K、308 K，每次實(shí)驗(yàn)HNO3的用量為25.0 mL、大理石用量為10.00 g。

（1）請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，并在實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧?duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/K	大理石規(guī)格	HNO3濃度/mol·L-1	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
①	298	粗顆粒	2.00	（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)①和②探究HNO3濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅱ）實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響； （Ⅲ）實(shí)驗(yàn)①和④探究大理石規(guī)格（粗、細(xì)）對(duì)該反應(yīng)速率的影響；
②	_____	_____	_____
③	_____	_____	_____
④	_____	_____	_____

（2）實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，如何檢驗(yàn)該裝置的氣密性________________________________

（3）實(shí)驗(yàn)①中CO2質(zhì)量隨時(shí)間變化的關(guān)系見(jiàn)下圖2：依據(jù)反應(yīng)方程式CaCO3+2HNO3=Ca(NO3)2+CO2↑+H2O，計(jì)算實(shí)驗(yàn)①在70-90 s范圍內(nèi)HNO3的平均反應(yīng)速率________________________

（4）請(qǐng)?jiān)诖痤}卡的框圖中，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)②、③和④中CO2質(zhì)量隨時(shí)間變化關(guān)系的預(yù)期結(jié)果示意圖。_______

Answer 1

【答案】298粗顆粒1.00308粗顆粒2.00298細(xì)顆粒2.00關(guān)閉分液漏斗活塞，向外拉或向內(nèi)推分液漏斗的活塞，若一段時(shí)間后松開(kāi)手，活塞又回到原來(lái)的位置，則證明裝置氣密性良好Δc(HNO3)== 1/110=0.009mol·L-1·s-1

【解析】

（1）本實(shí)驗(yàn)是由實(shí)驗(yàn)①做對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究影響反應(yīng)速率的因素，所以在設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，要設(shè)計(jì)出分別只有濃度、溫度和接觸面積不同時(shí)反應(yīng)速率的變化，從而找出不同外界因素對(duì)反應(yīng)速率的影響。由于實(shí)驗(yàn)①和實(shí)驗(yàn)②探究HNO3濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響，實(shí)驗(yàn)①和實(shí)驗(yàn)③探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響，故實(shí)驗(yàn)③的溫度選擇308K，實(shí)驗(yàn)①和實(shí)驗(yàn)④探究接觸面積對(duì)該反應(yīng)速率的影響，故實(shí)驗(yàn)④選擇細(xì)顆粒的大理石；

（2）依據(jù)裝置特點(diǎn)分析氣密性的檢查方法；

（3）化學(xué)反應(yīng)速率通常用單位時(shí)間內(nèi)濃度的變化量來(lái)表示。根據(jù)圖像可以計(jì)算出70至90s內(nèi)生成的CO2的體積，然后根據(jù)反應(yīng)式可計(jì)算出消耗的硝酸的物質(zhì)的量，最后計(jì)算其反應(yīng)速率；

（4）根據(jù)反應(yīng)物的用量計(jì)算生成CO2的最大質(zhì)量；根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素比較實(shí)驗(yàn)②、③和④反應(yīng)速率大小，以此判斷曲線斜率大小，畫(huà)出圖像；

（1）由實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍�，探究濃度、溫度、接觸面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，則實(shí)驗(yàn)①②的溫度、大理石規(guī)格相同，只有濃度不同，實(shí)驗(yàn)①③中只有溫度不同，實(shí)驗(yàn)①④中只有大理石規(guī)格不同，

故答案為（從上到下，從左到右順序）：298；粗顆粒；1.00；308； 粗顆粒；2.00；298；細(xì)顆粒；2.00；

（2）該裝置的氣密性的檢查方法是：關(guān)閉分液漏斗活塞，向外拉或向內(nèi)推分液漏斗的活塞，若一段時(shí)間后松開(kāi)手，活塞又回到原來(lái)的位置，則證明裝置氣密性良好；

（3）①70至90s，CO2生成的質(zhì)量為：m(CO2)=0.95g－0.85g＝0.1g，

②根據(jù)方程式CaCO3+2HNO3=Ca(NO3)2+CO2↑+H2O，可知消耗HNO3的物質(zhì)的量為：n(HNO3)=＝mol，

③溶液體積為25mL＝0.025L，所以HNO3減少的濃度Δc(HNO3)＝=mol/L，

④反應(yīng)的時(shí)間t＝90s－70s＝20s

⑤所以HNO3在70－90s范圍內(nèi)的平均反應(yīng)速率為：

v(HNO3)＝Δc(HNO3)/t＝=mol·L－1·S－1=0.009 mol·L－1·S－1

（4）實(shí)驗(yàn)②、③和④所用大理石的質(zhì)量均為10.00g，其物質(zhì)的量為=0.1mol，實(shí)驗(yàn)①、③和④所用硝酸的量相同均為：2.00mol/L×0.025L=0.05mol，依據(jù)反應(yīng)方程式CaCO3+2HNO3=Ca(NO3)2+CO2↑+H2O可知，硝酸不足，生成CO2的質(zhì)量按硝酸計(jì)算得：0.05mol×44g/mol=1.10g，實(shí)驗(yàn)②所用硝酸的量為1.00mol/L×0.025L=0.025mol，大理石過(guò)量，反應(yīng)生成的CO2的質(zhì)量為0.025mol×44g/mol=0.55g；

實(shí)驗(yàn)①和②探究HNO3濃度對(duì)該反應(yīng)速率的影響，且HNO3濃度①>②，濃度越大，反應(yīng)越快，故曲線斜率①>②；

實(shí)驗(yàn)①和③探究溫度對(duì)該反應(yīng)速率的影響，且溫度③高于①，溫度越高反應(yīng)越快，故曲線斜率③>①；

實(shí)驗(yàn)①和④探究大理石規(guī)格（粗、細(xì)）對(duì)該反應(yīng)速率的影響，且實(shí)驗(yàn)④為細(xì)顆粒，實(shí)驗(yàn)①為粗顆粒，顆粒越小，表面積越大，反應(yīng)越快，故反應(yīng)速率④>①，故曲線斜率④>①；

根據(jù)以上特征，畫(huà)出圖像如下：