Question

【題目】(I)某探究小組用HNO3與大理石反應過程中質量減小的方法，研究影響反應速率的因素。所用HNO3濃度為1.00 mol/L、2.00 mol/L，大理石有細顆粒和粗顆粒兩種規格，實驗溫度為25℃、35℃，每次實驗HNO3的用量為25.00 mL，大理石用量為10.00 g。

(1)請完成以下實驗設計表，并在實驗目的一欄中填空：

實驗編號	溫度(℃)	大理石規格	HNO3濃度(mol/L)	實驗目的
①	25	粗顆粒	2.00	(Ⅰ)實驗①和②探究濃度對反應速率的影響； (Ⅱ)實驗①和③探究溫度對反應速率的影響； (Ⅲ)實驗①和④探究e_______對反應速率的影響
②	25	粗顆粒	a______
③	b_______	粗顆粒	2.00
④	c________	細顆粒	d______

(2)實驗①中CO2質量隨時間變化的關系見下圖。計算實驗①中70 s～90 s范圍內用HNO3表示的平均反應速率________(忽略溶液體積變化，不需要寫出計算過程)。在0～70、70～90、90～200各相同的時間段里，反應速率最大的時間段是________。

(II)某小組利用H2C2O4溶液和硫酸酸化的KMnO4溶液反應來探究“外界條件對化學反應速率的影響”。實驗時通過測定酸性KMnO4溶液褪色所需時間來判斷反應的快慢。該小組設計了如下方案。已知：2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O

實驗編號	0.1 mol·L－1酸性KMnO4溶液的體積/mL	0.6mol·L-1H2C2O4溶液的體積/mL	H2O的體積/mL	實驗溫度/℃	溶液褪色所需時間/min
①	10	V1	35	25
②	10	10	30	25
③	10	10	V2	50

(3)表中V1=_______mL，V2=_______mL。

(4)探究溫度對化學反應速率影響的實驗編號是________(填編號，下同)，可探究反應物濃度對化學反應速率影響的實驗編號是________。

(5)實驗①測得KMnO4溶液的褪色時間為2min，忽略混合前后溶液體積的微小變化，這段時間內平均反應速率v(H2C2O4)=________mol·L－1·min－1。

Answer 1

【答案】1.00 35 25 2.00 大理石規格 0.01 mol/(L·s) 0～70 5 30 ②和③ ①和② 0.025

【解析】

I.(1)(I)實驗①和②探究濃度對反應速率的影響，硝酸的濃度應該不同；

(Ⅱ)實驗①和③探究溫度對反應速率的影響，溫度應該不同；

(Ⅲ)中實驗①和④，大理石的規格不同，則其它條件應該相同；

(2)先根據圖象，求出生成二氧化碳的物質的量，然后根據反應：CaCO3+2HNO3＝Ca(NO3)2+CO2↑H2O，求出消耗的硝酸的物質的量，再由v(HNO3)=求出反應速率，物質濃度越大，反應速率越快。

II.(3)由控制變量法可知，應控制溶液的總體積相同；

(4)實驗1、2的溫度相同，實驗2、3的濃度相同；

(5)結合v=、速率之比等于化學計量數之比計算。

(1)(I)由于①和②探究濃度對反應速率的影響，故硝酸的濃度不同，a應該是1.00mol/LHNO3；

(Ⅱ)由于①和③探究溫度對反應速率的影響，故應該溫度不同，b應該選35℃；

(Ⅲ)實驗①和④的大理石規格不同，其它反應條件相同，探究的是固體物質的表面積對反應速率的影響，故c為25℃，d是2.00mol/L，e是固體物質的表面積，即大理石規格；

(2)由圖可知70至90s，CO2生成的質量為m(CO2)=0.95g-0.84g=0.11g，物質的量為n(CO2)==0.0025molmol，根據反應CaCO3+2HNO3＝Ca(NO3)2+CO2↑H2O，可知消耗HNO3的物質的量為n(HNO3)=2×0.0025mol=0.005mol，又由于硝酸溶液體積為0.025L，所以HNO3減少的濃度△c(HNO3)==0.2mol/L，反應的時間t=90s-70s=20s，所以HNO3在70～90s范圍內的平均反應速率為v(HNO3)==0.01mol/(Ls)；在大理石與硝酸的反應中，隨著反應的進行，硝酸的濃度逐漸減低，在0～70s、70s～90s、90s～200s各相同的時間段里，濃度最大的是0～70s，所以反應速率最大的時間段是0～70s；

Ⅱ.(3)實驗2混合液的總體積為10mL+10mL+30mL=50mL，則V1=50mL-10mL-35mL=5mL，V2=50mL-10mL-10mL=30mL；

(4)探究溫度對化學反應速率影響，必須滿足除了溫度不同，其他條件完全相同，所以滿足此條件的實驗編號是：②和③；探究反應物濃度對化學反應速率影響，除了濃度不同，其他條件完全相同的實驗編號是①和②；

(5)草酸的物質的量n(H2C2O4)=0.60mol/L×0.005L=0.003mol，高錳酸鉀的物質的量n(KMnO4)=0.10molL-1×0.01L=0.001mol，草酸和高錳酸鉀的物質的量之比為0.003mol：0.001mol=3：1，由2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4＝K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O可知草酸過量，高錳酸鉀完全反應，混合后溶液中高錳酸鉀的濃度c(KMnO4)==0.02mol/L，這段時間內平均反應速率v(KMnO4)==0.01 mol/(Lmin)，由速率之比等于化學計量數之比可知，這段時間內平均反應速率v(H2C2O4)=0.01mol/(Lmin)×=0.025mol/(Lmin)。