Question

已知锌与稀盐酸反应放热，某学生为了探究反应过程中的速率变化，用排水集气法收集反应放出的氢气。所用稀盐酸浓度有1.00mol·L^-1、2.00mol·L^-1两种浓度，每次实验稀盐酸的用量为25.00mL，锌有细颗粒与粗颗粒两种规格，用量为6.50g。实验温度为298K、308K。

（1）完成以下实验设计（填写表格中空白项），并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：

编号	T/K	锌规格	盐酸浓度/mol·L^-1	实验目的
①	298	粗颗粒	2.00	(Ⅰ)实验①和②探究盐酸浓度对该反应速率的影响； (Ⅱ)实验①和___探究温度对该反应速率的影响； (Ⅲ)实验①和___探究锌规格（粗、细）对该反应速率的影响。
②	298	粗颗粒	1.00
③	308	粗颗粒	2.00
④	298	细颗粒	2.00

（2）实验①记录如下（换算成标况）：

时间(s)	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
氢气体积(mL)	16.8	39.2	67.2	224	420	492.8	520.8	543.2	554.4	560

①计算在30s～40s范围内盐酸的平均反应速率ν(HCl)=___（忽略溶液体积变化）。

②反应速率最大的时间段(如0s～10s......)为___，可能原因是___。

③反应速率最小的时间段为___，可能原因是___。

（3）另一学生也做同样的实验，由于反应太快，测量氢气的体积时不好控制，他就事先在盐酸溶液中分别加入等体积的下列溶液以减慢反应速率，在不影响产生H₂气体总量的情况下，你认为他上述做法中可行的是___(填相应字母)；

A.蒸馏水    B.NaNO₃溶液     C.NaCl溶液    D.CuSO₄溶液    E.Na₂CO₃

（4）某化学研究小组的同学为比较Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效果，分别设计了如图甲、乙所示的实验。请回答相关问题：

①定性如图甲可通过观察___，定性比较得出结论。甲同学提出将FeCl₃改为Fe₂(SO₄)₃更为合理，其理由是___。受甲同学的启发乙同学提出了另一种方案，你猜想乙同学的方案是___；

②定量如图乙所示，实验时均以生成40mL气体为准，其它可能影响实验的因素均已忽略，实验中需要测量的数据是___。

Answer

③ ④ 0.056 mol·L-1·s-1 40s～50s 从反应放热角度回答皆可 90s～100s 从盐酸浓度降低角度回答皆可 C 反应产生气泡快慢或反应完成的先后或试管壁的冷热程度 控制阴离子相同，排除阴离子不同造成的干扰 通过活塞的移动观察，相同时间内产生气体量的多少 收集40mL气体所需要的时间

【解析】

（1）探究温度对该反应速率的影响，则固体的表面积以及盐酸的浓度应该是一样的，所以实验①和③作为对照；探究锌规格（粗、细）对该反应速率的影响，要求实验温度以及盐酸的浓度是相等的，所以实验①和④作为对照；

（2）①在30-40s范围内生成氢气的物质的量为=＝0.007mol，则消耗盐酸的物质的量是0.014mol，其浓度是0.014mol÷0.025L＝0.56mol/L，所以在30-40s范围内盐酸的平均反应速率v(HCl)＝0.56mol/L÷10s＝0.056mol/(L·s)；

②根据相同时间段内，产生的氢气的体积越大，可以确定反应速率越快，所以反应速率最大的时间段是40～50s，可能原因是反应放热，温度高，反应速率快；

③根据相等时间段内，产生的氢气的体积越小，可以确定反应速率越慢，所以反应速率最大的时间段是90～100s，可能原因是反应进行过程中，盐酸浓度减小，反应速率慢；

（3）在盐酸中加入蒸馏水，氢离子浓度降低，反应速率减小，但产生的氢气量不变，A错误；在盐酸中加入加入NaNO3溶液相当于是硝酸，不能产生氢气，B错误；NaCl溶液相当于将盐酸稀释，盐酸中氢离子浓度减小，所以速率减慢，C正确；在反应中加入硫酸铜，则金属锌会置换出金属铜，形成Cu、Zn、盐酸原电池，会加快反应速率，D错误；在盐酸中加入碳酸钠与盐酸发生反应，氢离子浓度降低，反应速率减小，但产生的氢气体积也减小，E错误，故答案为C；

（4）①定性该反应中产生气体，所以可根据生成气泡的快慢判断。由于阴离子也可能会对反应速率产生影响，所以将FeCl3改为Fe2(SO4)3可以控制阴离子相同，排除阴离子不同造成的干扰；同时，如利用乙图装置，通过测量相同时间内产生气体的量也可达到判断催化效果；

②定量该反应是通过生成气体的反应速率分析判断的，所以根据化学反应速率的计算公式可知，需要测量的数据是产生40ml气体所需要的时间。