請(qǐng)你協(xié)助化學(xué)興趣小組的同學(xué)完成如下實(shí)驗(yàn),并回答相關(guān)問(wèn)題.
實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)原理:(用離子方程式表示)
.
實(shí)驗(yàn)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(shuō)明理由).選擇的金屬是
,不選其他兩種金屬的理由是
.
實(shí)驗(yàn)步驟:
(1)甲同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置:
(2)乙同學(xué)認(rèn)為該裝置不能控制三個(gè)反應(yīng)在同一時(shí)間發(fā)生,并作了相應(yīng)的改進(jìn).你認(rèn)為乙同學(xué)改進(jìn)的措施是
.
(3)按改進(jìn)后的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀察現(xiàn)象并得出相關(guān)結(jié)論.
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論:
.
(4)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的速率:v(H
2SO
4)
v(HCl)
v(HAc)(用“=”“<”或“>”填空,下同),反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后的速率:v(H
2SO
4)<(HCl)
v(HAc);
(5)最終得到的氫氣體積:V(H
2/H
2SO
4)
V(H
2/HCl)
V(H
2/HAc).
問(wèn)題討論:
(6)量筒的規(guī)格由
決定.
(7)對(duì)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(shí),上述實(shí)驗(yàn)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(shí)間后有v(H
2SO
4)<v(HCl).對(duì)此現(xiàn)象,你猜想可能的原因是
.大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)對(duì)此問(wèn)題將有科學(xué)的解釋?zhuān)?/div>
考點(diǎn):探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素
專(zhuān)題:化學(xué)反應(yīng)速率專(zhuān)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(shí)驗(yàn)結(jié)論,F(xiàn)e與酸反應(yīng)的速率較慢,實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng);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(shí)向三燒瓶?jī)?nèi)加入酸;
(3)醋酸為弱酸,硫酸和鹽酸為強(qiáng)酸,根據(jù)氫離子濃度對(duì)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(kāi)始時(shí)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(cè)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(qiáng)電解質(zhì),完全電離,醋酸為弱電解質(zhì),存在電離平衡,開(kāi)始?xì)潆x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(lèi)型分析對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)論;Fe與酸反應(yīng)的速率較慢,實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng),故鎂較合適;
鎂與硫酸、鹽酸反應(yīng)實(shí)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(xiě)化學(xué)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(shí)驗(yàn)結(jié)論,F(xiàn)e與酸反應(yīng)的速率較慢,實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng);
(2)保證同時(shí)向三燒瓶?jī)?nèi)加入酸,可同時(shí)用分液漏斗分別向燒瓶中加入酸液,
故答案為:同時(shí)用分液漏斗分別向燒瓶中加入酸液;
(3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為:反應(yīng)開(kāi)始時(shí)醋酸反應(yīng)速率小于鹽酸和硫酸反應(yīng)速率,當(dāng)反應(yīng)進(jìn)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(kāi)始時(shí)醋酸反應(yīng)速率小于鹽酸和硫酸反應(yīng)速率,當(dāng)反應(yīng)進(jìn)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(kāi)始時(shí)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(jìn)行一段時(shí)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(cè)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(kāi)始時(shí)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(kāi)始時(shí)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(jìn)H+與Mg的反應(yīng)),導(dǎo)致反應(yīng)一段時(shí)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(jìn)H+與Mg的反應(yīng)).
點(diǎn)評(píng):本題考查了決定化學(xué)反應(yīng)速率大小的是物質(zhì)本身的性質(zhì)、響化學(xué)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(shí),酸性強(qiáng)的酸反應(yīng)速率快,試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力.