某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,他在100 mL稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气,实验记录如下(累计值):
时间(min) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
氢气体积(mL) | 50 | 120 | 232 | 290 | 310 |
(2)哪一时间段的反应速率最小___________,原因是_____________________。
(3)求2~3分钟时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率(设溶液体积不变) ___________。
(4)如果反应太激烈,为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量,他在盐酸中分别加入等体积的下列溶液:A.蒸馏水、B.NaCl溶液、C.NaNO3溶液、D.CuSO4溶液、E.Na2CO3溶液,你认为可行的是___________。
(5)把锌与盐酸的反应设计成原电池,请画出装置示意图,标明正负极,电子流动方向,写出正极的电极反应式________________________。
(15分)(1)2~3 min (1分) 该反应是放热反应,此时温度高(2分)
(2)4~5 min (1分) 此时H+浓度小(2分)
(3)0.1 mol/(L·min)(2分) A、B(2分)
(4)2H+ + 2e- =H2↑(2分)
题目分析:根据影响化学反应速率的因素有浓度、温度以及固体的表面积大小等因素,温度越高、浓度越大、固体表面积越大,反应的速率越大,从表中数据看出2 min~3 min收集的氢气比其他时间段多,原因是Zn置换H2的反应是放热反应,温度升高;4 min~5 min收集的氢气最少是因为随反应进行c(H+)下降;根据v=c/t 计算反应速率;影响氢气的量取决于H+的物质的量。
(1)从表中数据看出2 min~3 min收集的氢气比其他时间段多,虽然反应中c(H+)下降,但主要原因是Zn置换H2的反应是放热反应,温度升高,温度对反应速率影响占主导作用.
(2)4 min~5 min收集的氢气最少,虽然反应中放热,但随着反应的进行c(H+)下降,反应物浓度越低,反应速率减小,浓度对反应速率影响占主导作用。
(3)在2~3min时间段内,n(H2)=0.112L÷22.4L/mol=0.005mol,由2HCl~H2得,消耗盐酸的物质的量为0.01mol,则υ(HCl)==0.1mol/(L•min)。
(4)加入蒸馏水,溶液的浓度减小,反应速率减小,H+的物质的量不变,氢气的量也不变,故A正确;加入氯化钠溶液,降低盐酸的浓度,反应速率减小,H+的物质的量不变,氢气的量也不变,故B正确;加入NaNO3溶液,降低盐酸的浓度,但此时溶液中含有硝酸,与金属反应得不到氢气,故C错误;加入CuSO4溶液,锌能置换出铜,锌、铜、稀盐酸形成原电池,加快了化学反应速率,氢气的量不变,故D错误;加入Na2CO3溶液,Na2CO3能与盐酸反应,盐酸的浓度减小,反应速率减小,H+的物质的量减小,氢气的量也减小,故E错误,答案选A、B。
(5)原电池中较活泼的金属是负极,失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,正极得到电子,发生还原反应。在反应中锌失去电子,则锌是负极。正极可以是石墨或金属性弱于锌的铜等。氢离子在正极得到电子,则电解质是盐酸,其中正极电极反应式是2H+ + 2e- =H2↑,装置图为。
点评:该题是中等难度的试题,试题基础性强,紧扣教材基础知识,有利于培养学生的学习兴趣和规范答题能力,有助于提高学生的应试能力。该题在答题时需要注意的是反应过程中浓度以及温度的变化,注重基础知识的积累。