Question

5．醋酸亞鉻水合物（[Cr（CH₃COO）₂]₂•2H₂O，深紅色晶體）是一種氧氣吸收劑，通常以二聚體分子存在，不溶于冷水和醚，微溶于醇，易溶于鹽酸．實驗室制備醋酸亞鉻水合物的裝置如圖甲所示，

涉及的化學方程式如下：
①Zn（s）+2H₂SO₄（aq）=ZnSO₄（aq）+H₂（g）
②2CrCl₃（aq）+Zn（s）=2CrCl₂（aq）+ZnCl₂（aq）；
③2Cr²⁺（aq）+4CH₃COO^-（aq）+2H₂O（l）?[Cr（CH₃COO）₂]₂•2H₂O（s）．
（1）CrCl₃溶液應放在裝置裝置2中（填寫裝置編號，下同），醋酸鈉溶液應放在裝置裝置3中．裝置4的作用是保持裝置壓強平衡，同時避免空氣進入裝置3．
（2）防止Cr²⁺被氧化，本實驗中所有配制溶液的水需煮沸，其原因是去除水中的溶解氧，防止Cr²⁺被氧化．
（3）將生成的CrCl₂溶液與CH₃COONa溶液混合時的操作是打開閥門A、關閉閥門B （填“打開”或“關閉”）．
（4）本實驗中鋅粒須過量，其原因是產生足夠的H₂，與CrCl₃充分反應得到CrCl₂．
（5）為洗滌[Cr（CH₃COO）₂]₂•2H₂O產品，下列方法中最適合的是C．
A．先用鹽酸洗，后用冷水洗  B．先用冷水洗，后用乙醇洗
C．先用冷水洗，后用乙醚洗  D．先用乙醇洗滌，后用乙醚洗
（6）在稀硫酸與鋅反應制取氫氣的實驗中，探究加入硫酸銅溶液的量對氫氣生成速率的影響．實驗中Zn粒過量且顆粒大小相同，飽和硫酸銅溶液用量0～4.0mL，保持溶液總體積為100.0mL，記錄獲得相同體積（336mL）的氣體所需時間，實驗結果如圖乙所示（氣體體積均轉化為標況下）．據圖分析，a點和c點對應氫氣生成速率是否相等相等（填“相等”或“不相等”）； b點對應的反應速率為v （ H₂SO₄）=1.0×10^-3mol•L^-1•s^-1．

Answer 1

分析 工作原理是：先在裝置2中制備出二價的鉻離子，在制備過程中，因為二價鉻離子容易被空氣中的氧氣氧化成三價．因此在裝置2中，我們要放入足夠多的鋅粒，一是還原三價鉻，二是用來產生氫氣排除裝置內的空氣．反應開始前，應該先打開B讓氫氣充滿整個裝置，然后再關閉B，打開A，讓裝置2中的二價鉻離子進入裝置3，跟醋酸鈉反應生成醋酸亞鉻水合物，醋酸鈉溶液應放在裝置3中，鹽酸應放在裝置1中，裝置4的作用是：可以防止空氣進入裝置3．
（1）CrCl₃溶液應放在裝置2中，醋酸鈉溶液應放在裝置3中，裝置4的作用是：可以防止空氣進入裝置3；
（2）水中溶解的氧氣可以氧化Cr²⁺；
（3）利用氫氣的壓力將裝置2中的溶液壓往裝置3中進行反應；
（4）本實驗中鋅粒須過量，其原因是：①產生足夠的H₂；②與CrCl₃充分反應得到CrCl₂ ；
（5）洗滌[Cr（CH₃COO）₂）]₂•2H₂O產品，主要是洗去附著在表面的沒有反應掉的二價鉻離子、氯離子、醋酸根離子、鈉離子等，醋酸亞鉻水合物不溶于冷水和醚，微溶于醇，易溶于鹽酸，所以可以選用冷水和乙醚洗滌[Cr（CH₃COO）₂）]₂•2H₂O產品；
（6）a、c兩點生成等體積的氫氣，需要的反應速率相等，所以兩點對應的反應速率相等；根據b點生成的反應時間、生成氫氣體積計算出消耗硫酸的平均反應速率．

解答 解：工作原理是：先在裝置2中制備出二價的鉻離子，在制備過程中，因為二價鉻離子容易被空氣中的氧氣氧化成三價．因此在裝置2中，我們要放入足夠多的鋅粒，一是還原三價鉻，二是用來產生氫氣排除裝置內的空氣．反應開始前，應該先打開B讓氫氣充滿整個裝置，然后再關閉B，打開A，讓裝置2中的二價鉻離子進入裝置3，跟醋酸鈉反應生成醋酸亞鉻水合物，醋酸鈉溶液應放在裝置3中，鹽酸應放在裝置1中，裝置4的作用是：可以防止空氣進入裝置3．
（1）依據分析可知，CrCl₃溶液應放在裝置2中，醋酸鈉溶液應放在裝置3中，由上述工作原理可知，裝置4是保持裝置壓強平衡，同時避免空氣進入裝置3，
故答案為：裝置2；裝置3；保持裝置壓強平衡，同時避免空氣進入裝置3；
（2）實驗中所用的溶液，配制用的蒸餾水都需事先煮沸，原因是：二價鉻不穩定，極易被氧氣氧化，需要去除水中的溶解氧，防止Cr²⁺被氧化；
故答案為：去除水中的溶解氧，防止Cr²⁺被氧化；
（3）實驗開始生成H₂氣后，為使生成的CrCl₂溶液與CH₃COONa溶液順利混合，打開A關閉B，把生成的CrCl₂溶液壓入裝置3中反應，
故答案為：打開；關閉；
（4）鋅的作用是和鹽酸反應生成氫氣，增大儀器中的壓強將生成的CrCl₂溶液壓入裝置3，與CrCl₃充分反應得到CrCl₂，所鋅要過量，
故答案為：產生足夠的H₂；與CrCl₃充分反應得到CrCl₂；
（5）洗滌[Cr（CH₃COO）₂）]₂•2H₂O產品，主要是洗去附著在表面的沒有反應掉的二價鉻離子、氯離子、醋酸根離子、鈉離子等，不能用乙醇和鹽酸，因為醋酸亞鉻水合物，是微溶于醇，易溶于鹽酸，因此先用水洗去雜質離子，再用乙醚來洗去多余的水，多余的乙醚可以揮發掉，
故答案為：C；
（6）在a、c兩點生成等量的氫氣，消耗的時間相等，都是250s，根據v=$\frac{△c}{△t}$可知：a、c兩點對應的氫氣生成速率相等；
標準狀況下336mL氫氣的物質的量為0.015mol，反應消耗了0.015molH₂SO₄，硫酸的濃度變化為：△c（H₂SO₄）=$\frac{0.015mol}{0.1L}$=0.15mol/L，b點對應的平均反應速率為：v（H₂SO₄）=$\frac{0.15mol}{150s}$=1.0x10^-3mol•L^-1•s^-1，
故答案為：相等；1.0×10^-3mol•L ^-1•s^-1．

點評 本題主要考查影響化學反應速率的因素，并結合數據分析CuSO₄溶液對化學反應速率的影響等，側重考查考生運用所學知識靈活作答，根據實驗分析問題的思維能力，題目難度中等．