Question

13．影響化學反應速率的因素很多，某課外興趣小組用實驗的方法通過圖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足量的稀鹽酸中．足量鎂條與一定量鹽酸反應生成H₂的量與反應時間的關系曲線如圖2所示．
①請在圖2 的方框中畫出上述反應的速率與時間的關系曲線．
②在前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，純度、質量、表面積都相同的兩鋁片與H⁺濃度相同的鹽酸和硫酸在同溫同壓下反應時產生氫氣的速率差別很大，鋁和鹽酸反應速率更快．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該同學設計并進行了兩組實驗，即得出了正確結論．他取了兩片等質量、外形和組成相同、表面經過砂紙充分打磨的鋁片，分別放入到盛有同體積、c（H⁺）相同的稀硫酸和鹽酸的試管（兩試管的規格相同）中：
a．在盛有硫酸的試管中加入少量NaCl或KCl固體，觀察反應速率是否變化；
b．在盛有鹽酸的試管中加入少量Na₂SO₄或K₂SO₄固體，觀察反應速率是否變化．若觀察到實驗a中反應速率加快，實驗b中反應速率減慢，則說明原因Ⅲ是正確的，依此類推．該同學通過分析實驗現象，得出了結論：Cl^-對反應具有加速作用．

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；
②根據a、b對比實驗中的現象判斷原因Ⅲ．

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）原因Ⅱ根據原因Ⅰ結合題意，提出與原因Ⅰ相反的觀點，
故答案為：Cl^-對反應沒有影響，而SO₄^2-對反應具有阻礙作用；
原因Ⅴ根據原因Ⅳ結合題意，提出與原因Ⅳ相反的觀點，
故答案為：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）；
②a中原來快有硫酸根離子，后加入氯離子，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中原來快有氯離子，后加入硫酸根離子，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：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．