Question

7．金屬鋁和鐵在生產生活中有著非常廣泛的應用．
（1）性質活潑的鋁在空氣中能穩定存在的原因是鋁常溫下與氧氣反應，表面形成致密的氧化膜．
（2）寫出如圖1所示鋁熱反應的化學方程式2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe．
（3）某研究小組為比較鋁和鐵的金屬性強弱，設計了如圖2使用注射器的實驗．

步驟如下：
Ⅰ．取150mL規格的注射器2個（甲、乙），洗滌干凈后，晾干．
Ⅱ．分別在甲、乙注射器內放入1.0g 細的鐵絲和 1.0g薄的鋁片（鐵絲和鋁片均已除去氧化膜），將注射器活塞壓至底部，排除空氣．
Ⅲ．用甲、乙注射器同時吸取30mL 1.0mol/L的稀鹽酸，之后用膠帽密封．
Ⅳ．觀察、記錄并比較注射器活塞向外移動的速度，以判斷鐵、鋁的活潑性．
實驗結果：鐵比鋁的反應速率還要快．這顯然與理論不符．
①結果分析：造成實驗結果跟理論不符的主要原因可能是某一實驗條件控制有誤．請你簡要指出：鐵絲與鋁片的表面積不相同．
②對甲裝置的記錄顯示，從實驗開始到2min末，共收集到H₂ 67.2mL（已進行干燥處理并折算為標準狀況），反應前后溶液體積變化忽略不計，該時間段內平均反應速率c（HCl）=0.10mol．L^-1．min^-1．
③對甲和乙實驗的記錄均顯示，開始反應后，產生H₂的速率呈現先增大、后減緩的趨勢，圖3定性表達了該過程．則t₁～t₂反應速率增大的主要影響因素是反應放熱使體系溫度升高，t₂～t₃反應速率逐漸減小的主要影響因素是鹽酸濃度降低．

Answer 1

分析 （1）鋁在空氣中能被氧化氧化生成致密的氧化膜；
（2）鋁和氧化鐵在高溫條件下發生鋁熱反應生成氧化鋁和鐵；
（3）①根據影響反應速率的因素判斷；
②鐵和鹽酸產生氫氣，根據氫氣的體積可求得鹽酸的濃度變化，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率；
③鐵和鹽酸產生氫氣，是放熱反應，根據影響反應速率的因素分析答題．

解答 解：（1）鋁常溫下與氧氣反應，表面形成致密的氧化膜，所以鋁在空氣中能穩定存在，
故答案為：鋁常溫下與氧氣反應，表面形成致密的氧化膜；
（2）鋁和氧化鐵在高溫條件下發生鋁熱反應生成氧化鋁和鐵，反應方程式為2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Al₂O₃+2 Fe，
故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Al₂O₃+2 Fe；
（3）①甲、乙注射器內放入的鐵和鋁的質量相等，但兩種金屬的形狀不同，鐵絲的表面積要比鋁片的大，表面積越大，反應速率越大，所以會造成實驗結果跟理論不符的現象，
故答案為：鐵絲與鋁片的表面積不相同；
②鐵和鹽酸產生氫氣，產生H₂ 67.2mL即0.003mol，消耗鹽酸的物質的量為0.006mol，所以鹽酸的濃度變化為$\frac{0.006mol}{3.0×1{0}^{-2}L}$=0.2mol/L，所以平均反應速率=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.2mol/L}{2min}$=0.10 mol．L^-1．min^-1，
故答案為：0.10 mol．L^-1．min^-1；
③鐵和鹽酸產生氫氣，是放熱反應，會使反應體系溫度升高，溫度越高反應速率越大，隨著反應的進行，反應物鹽酸的濃度會下降，反應速率下降，所以產生H₂的速率呈現先增大、后減緩的趨勢，
故答案為：反應放熱使體系溫度升高；鹽酸濃度降低．

點評 本題考查了化學反應速率的影響因素，外界條件影響化學反應速率，但決定化學反應速率的是物質本身的性質，題目難度中等．