Question

(I)某探究小组用HNO₃与大理石反应过程中质量减小的方法，研究影响反应速率的因素。所用HNO₃浓度为1.00 mol/L、2.00 mol/L，大理石有细颗粒和粗颗粒两种规格，实验温度为25℃、35℃，每次实验HNO₃的用量为25.00 mL，大理石用量为10.00 g。

(1)请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填空：

实验编号	温度(℃)	大理石规格	HNO3浓度(mol/L)	实验目的
①	25	粗颗粒	2.00	(Ⅰ)实验①和②探究浓度对反应速率的影响； (Ⅱ)实验①和③探究温度对反应速率的影响； (Ⅲ)实验①和④探究e_______对反应速率的影响
②	25	粗颗粒	a______
③	b_______	粗颗粒	2.00
④	c________	细颗粒	d______

(2)实验①中CO₂质量随时间变化的关系见下图。计算实验①中70 s～90 s范围内用HNO₃表示的平均反应速率________(忽略溶液体积变化，不需要写出计算过程)。在0～70、70～90、90～200各相同的时间段里，反应速率最大的时间段是________。

(II)某小组利用H₂C₂O₄溶液和硫酸酸化的KMnO₄溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时通过测定酸性KMnO₄溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。该小组设计了如下方案。已知：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O

实验编号	0.1 mol·L^－^1酸性KMnO4溶液的体积/mL	0.6mol·L^-^1H2C2O4溶液的体积/mL	H2O的体积/mL	实验温度/℃	溶液褪色所需时间/min
①	10	V1	35	25
②	10	10	30	25
③	10	10	V2	50

(3)表中V₁=_______mL，V₂=_______mL。

(4)探究温度对化学反应速率影响的实验编号是________(填编号，下同)，可探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验编号是________。

(5)实验①测得KMnO₄溶液的褪色时间为2min，忽略混合前后溶液体积的微小变化，这段时间内平均反应速率v(H₂C₂O₄)=________mol·L^－1·min^－1。

Answer

1.00 35 25 2.00 大理石规格 0.01 mol/(L·s) 0～70 5 30 ②和③ ①和② 0.025

【解析】

I.(1)(I)实验①和②探究浓度对反应速率的影响，硝酸的浓度应该不同；

(Ⅱ)实验①和③探究温度对反应速率的影响，温度应该不同；

(Ⅲ)中实验①和④，大理石的规格不同，则其它条件应该相同；

(2)先根据图象，求出生成二氧化碳的物质的量，然后根据反应：CaCO3+2HNO3＝Ca(NO3)2+CO2↑H2O，求出消耗的硝酸的物质的量，再由v(HNO3)=求出反应速率，物质浓度越大，反应速率越快。

II.(3)由控制变量法可知，应控制溶液的总体积相同；

(4)实验1、2的温度相同，实验2、3的浓度相同；

(5)结合v=、速率之比等于化学计量数之比计算。

(1)(I)由于①和②探究浓度对反应速率的影响，故硝酸的浓度不同，a应该是1.00mol/LHNO3；

(Ⅱ)由于①和③探究温度对反应速率的影响，故应该温度不同，b应该选35℃；

(Ⅲ)实验①和④的大理石规格不同，其它反应条件相同，探究的是固体物质的表面积对反应速率的影响，故c为25℃，d是2.00mol/L，e是固体物质的表面积，即大理石规格；

(2)由图可知70至90s，CO2生成的质量为m(CO2)=0.95g-0.84g=0.11g，物质的量为n(CO2)==0.0025molmol，根据反应CaCO3+2HNO3＝Ca(NO3)2+CO2↑H2O，可知消耗HNO3的物质的量为n(HNO3)=2×0.0025mol=0.005mol，又由于硝酸溶液体积为0.025L，所以HNO3减少的浓度△c(HNO3)==0.2mol/L，反应的时间t=90s-70s=20s，所以HNO3在70～90s范围内的平均反应速率为v(HNO3)==0.01mol/(L•s)；在大理石与硝酸的反应中，随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐减低，在0～70s、70s～90s、90s～200s各相同的时间段里，浓度最大的是0～70s，所以反应速率最大的时间段是0～70s；

Ⅱ.(3)实验2混合液的总体积为10mL+10mL+30mL=50mL，则V1=50mL-10mL-35mL=5mL，V2=50mL-10mL-10mL=30mL；

(4)探究温度对化学反应速率影响，必须满足除了温度不同，其他条件完全相同，所以满足此条件的实验编号是：②和③；探究反应物浓度对化学反应速率影响，除了浓度不同，其他条件完全相同的实验编号是①和②；

(5)草酸的物质的量n(H2C2O4)=0.60mol/L×0.005L=0.003mol，高锰酸钾的物质的量n(KMnO4)=0.10mol•L-1×0.01L=0.001mol，草酸和高锰酸钾的物质的量之比为0.003mol：0.001mol=3：1，由2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4＝K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O可知草酸过量，高锰酸钾完全反应，混合后溶液中高锰酸钾的浓度c(KMnO4)==0.02mol/L，这段时间内平均反应速率v(KMnO4)==0.01 mol/(L•min)，由速率之比等于化学计量数之比可知，这段时间内平均反应速率v(H2C2O4)=0.01mol/(L•min)×=0.025mol/(L•min)。