Question

18．影響化學反應速率的因素很多，某課外興趣小組實驗的方法通過圖1所示裝置研究反應速率的有關問題．

（1）取一段鎂條，用砂紙擦去表面的氧化膜，使鎂條浸入錐形瓶內一定量的稀鹽酸中．足量鎂條與一定量的稀鹽酸反應生成H₂的體積與反應時間的關系曲線如圖2所示．
①根據圖2，請在下圖的坐標中畫出上述反應中用單位時間內生成H₂的體積表示的速率（單位為mL•min^-1）與時間的關系曲線（圖3中要分別標明2、4、6min時刻的速率及反應過程中速率的變化曲線）．
②前4min內，鎂條與鹽酸的反應速率逐漸加快，在4min之后，反應速率逐漸減慢，請分別簡述其原因：鎂和鹽酸反應是放熱反應，隨著反應體系溫度升高，反應速率增大，4min后由于溶液中H⁺濃度降低，所以導致反應速率減小．
（2）某同學發現，在室溫下，將表面積相同、純度相同、質量也相同的同種鋅片分別浸入等體積、H⁺濃度相同的鹽酸和稀硫酸溶液中． 在同溫同壓下反應時產生氫氣的速率差別很大，鋅和鹽酸斥速率更快．他決定對其原因進行探究．填寫下列空白：
①該同學認為：由于預先控制了反應的其他條件，那么，兩次實驗時反應的速率不一樣的原因，只有以下五種可能：
原因Ⅰ：Cl^-對反應具有促進作用，而SO₄^2-對反應沒有影響；
原因Ⅱ：Cl^-對反應沒有影響，而SO₄^2-對反應具有阻礙作用；
原因Ⅲ：Cl^-對反應具有促進作用，而SO₄^2-對反應具有阻礙作用；
原因Ⅳ：Cl^-、SO₄^2-均對反應具有促進作用，但Cl^-影響更大；
原因Ⅴ：Cl^-、SO₄^2-均對反應具有阻礙作用，但Cl^-影響更小（或SO₄^2-影響更大）．
②該同學設計并進行兩組實驗，即得出了正確結論．他取了兩片表面積相同、純度相同、質量也相同的同種鋅片、且表面均經過砂紙打磨后，分別放入盛有等體積、H⁺濃度相同的稀硫酸和鹽酸的試管（兩試管的規格相同）中：
a．在盛有稀硫酸的試管中加入少量ZnCl₂固體，觀察反應速率是否變化；（填化學式）
b．在盛有鹽酸的試管中加入少量ZnSO₄固體，觀察反應速率是否變化．（填化學式）
  該同學通過分析實驗a、b中的實驗現象，得出的結論是：上述原因Ⅲ是正確的．則上述實驗中應該觀察到了如下的實驗現象：
  實驗a中反應速率加快，實驗b中反應速率減慢．

Answer 1

分析 （1）①先根據圖2找出2、4、6min時刻時的氫氣體積的變化量，再找出2、4、6min時刻時的速率與時間的關系，然后用平滑曲線描繪圖象；
②根據該反應的反應熱及溶液中氫離子的濃度判斷．
（2）①原因Ⅱ：先確定Cl^-對反應沒有影響再猜測硫酸根離子的作用；
原因Ⅴ：根據原因Ⅳ提出與原因Ⅴ相反的觀點；
②a中原來時快有硫酸根離子，后加入氯化鋅，如果氯離子有促進作用，那么反應速率就比未加時快，以此證明原因Ⅲ是正確的；
b中中原來時快有氯離子，后加入硫酸鋅，如果硫酸根離子有阻礙作用，那么反應速率比未加時慢，以此說明因Ⅲ是正確的．

解答 解：（1）①2、4、6min時刻時氫氣體積的分別為10 mL、20mL、36mL，其平均反應速率分別為5 mL/min、7.5mL/min、6mL/min，然后標出速率與時間圖象為，故答案為：；
②該反應是放熱反應，隨著反應的進行，放出的熱量越多，溶液的溫度越高，反應速率越大；隨著反應的進行，溶液中氫離子的濃度逐漸減小，濃度越小，反應速率越小，
故答案為：鎂和鹽酸反應是放熱反應，隨著反應體系溫度升高，反應速率增大，4min后由于溶液中H⁺濃度降低，所以導致反應速率減小；
（2）①Ⅱ根據原因Ⅰ結合題意，提出與原因Ⅰ相反的觀點為Cl^-對反應沒有影響，而SO₄^2-對反應具有阻礙作用，
Ⅴ根據原因Ⅳ結合題意，提出與原因Ⅳ相反的觀點為Cl^-、SO₄^2-均對反應具有阻礙作用，但Cl^-影響更小（或SO₄^2-影響更大），
故答案為：Cl^-對反應沒有影響，而SO₄^2-對反應具有阻礙作用；Cl^-、SO₄^2-均對反應具有阻礙作用，但Cl^-影響更小（或SO₄^2-影響更大）；
②a中原來時快有硫酸根離子，后加入氯化鋅，如果氯離子有促進作用，那么反應速率就比未加時快，以此證明原因Ⅲ是正確的；
b中中原來時快有氯離子，后加入硫酸鋅，如果硫酸根離子有阻礙作用，那么反應速率比未加時慢，以此說明因Ⅲ是正確的；
故答案為：ZnCl₂；ZnSO₄；反應速率加快； 反應速率減慢．

點評 本題考查應向化學反應速率的實驗探究，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，為高考常見題型，難度中等，注意把握實驗原理，為解答該題的關鍵．