Question

5．某学习研究小根据金属锌、铝、铁分别与稀盐酸反应的相对速率，探究金属锌、铝、铁的金属活动性和反应速率测定．
【实验设计】为了达到实验目的，必须控制实验条件．你认为控制的实验条件是（可填满也可不填满）
（1）反应体系的温度（相同）；（2）盐酸的浓度（相同）；（3）取用盐酸的体积（相同）；（4）金属的（比）表面积（或金属粉末的粗细程度）（相同）．
【实验探究】该学习研究小组在上述实验条件相同的情况下，进行三组实验：各量取50mL稀盐酸于小烧杯中，分别同时加入足量的三种表面无氧化膜的金属片，用pH计测定溶液的pH并将信息传输到电脑，电脑动态地绘制出溶液中c（H⁺）随时间t的变化曲线（反应过程中溶液的体积没有变化）．图1是反应到t₁s时电脑记录的曲线：
【交流与表达】根据上述c（H⁺）随时间t的变化曲线回答下列问题：
（1）表示金属活动性最弱的金属与H⁺反应的变化曲线是c（填“a”、“b”或“c”编号）． 
（2）在同一时间内，表示不同反应的反应速率可以有：同温同压下放出氢气的体积V（H₂）；溶液中H⁺浓度的减少△c（H⁺）；固体减少的量△m或△n．在0一t₁s之间，设A1和Zn分别与盐酸反应的速率为v（Al）和v（Zn）：
Ⅰ．若以溶液中c（H⁺）减少来表示不同反应的速率，即v（Al）：v（Zn）═3：1；
Ⅱ．若以固体质量的减轻来表示不同反应的速率，即v（Al）：v（Zn）═54：65；
Ⅲ．若以固体物质的量减少来表示不同反应的速率，即v（Al）：v（Zn）═2：1．
IV．可以利用图2所示的装置测定不同浓度的硫酸与锌的反应速率，请回答下列问题：
按照上述装置图安装3套相同的装置，并检验装置气密性良好，将注射器的活栓推至“0”刻度处；然后在三个锥形瓶中分别放入相同形状的锌粒2g，并分别通过分液漏斗在锥形瓶中加入1mol•L^-1、2mol•L^-1和4mol•L^-1的稀硫酸40mL．请补全下表空白：

序号	加入的稀硫酸浓度	反应时间/min	收集的气体/mL	反应速率mL•min-1
①	1mol•L-1	11	10
②	2mol•L-1	a	10	b
③	4mol•L-1		10	5.0

请选择一组合适的数据填写在第②组实验中的a、b处B．
A．12和0.83B．6和1.67C．1和10D．6和3.67．

Answer 1

分析 实验设计：本实验是采取控制变量的方法根据金属锌、铝、铁分别与稀盐酸反应的相对速率来探究金属锌、铝、铁的金属活动性，而反应速率受温度、浓度、催化剂、表面积、压强等内外因的影响，而金属活动性是内因，因此要控制外界条件相同，如反应体系的温度相同；盐酸的浓度相同；盐酸的体积相同；金属的表面积相同；
实验探究：（1）由图知c（H⁺）浓度变化最小的是c，即反应速率最慢，金属性最弱；
（2）由图知c（H⁺）浓度变化最小的是c，即反应速率最慢，金属性最弱，abc对应的金属分别为铝锌铁，再结合图1分析Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ；
Ⅳ：根据①③中数据计算出①的反应速率、③的反应时间；再根据浓度对反应速率的影响判断②可能的时间，结合②的气体体积计算出其反应速率即可．

解答 解：实验设计：本实验是采取控制变量的方法根据金属锌、铝、铁分别与稀盐酸反应的相对速率来探究金属锌、铝、铁的金属活动性，而反应速率受温度、浓度、催化剂、表面积、压强等内外因的影响，而金属活动性是内因，因此要控制外界条件相同，如反应体系的温度相同，盐酸的浓度相同，盐酸的体积相同，金属的表面积相同，
故答案为：反应体系的温度（相同）；盐酸的浓度（相同）；取用盐酸的体积（相同）；金属的（比）表面积（或金属粉末的粗细程度）（相同）；
实验探究：（1）由图知c（H⁺）浓度变化最小的是c，即反应速率最慢，金属性最弱，
故答案为：c；
（2）由图知c（H⁺）浓度变化最小的是c，即反应速率最慢，金属性最弱，abc对应的金属分别为铝锌铁，结合图1氢离子浓度的变化分析，
Ⅰ：以溶液中c（H⁺）减少来表示不同反应的速率，v（Al）和v（Zn）的比值为$\frac{0.45mol•{L}^{-1}}{0.15mol•{L}^{-1}}$=3：1，
故答案为：3：1；
Ⅱ：根据反应关系：2Al～6H⁺，消耗的铝质量m（Al）=$\frac{27g•mo{l}^{-1}×0.45mol•{L}^{-1}×50×1{0}^{-3}L}{3}$，
Zn～2H⁺，m（Zn）=$\frac{65g•mo{l}^{-1}0.15mol•{L}^{-1}×1{0}^{-3}L}{2}$，所以m（Al）/（Zn）=54：65，
故答案为：54：65；
Ⅲ：铝锌的物质的量减少分别为$\frac{0.45mol•{L}^{-1}×50×1{0}^{-3}L}{3}$、$\frac{0.15mol•{L}^{-1}×50×1{0}^{-3}L}{2}$，二者之比为2：1，
故答案为：2：1；
Ⅳ：①的反应速率为：$\frac{10mL}{11min}$≈0.91mL/min，
③的反应时间为：t=$\frac{10mL}{5.0mL•mi{n}^{-1}}$=2min，
②中硫酸的浓度大于①，则②的反应速率大于①，产生相同量的氢气时②消耗的时间小于①，大于③，结合选项可知②的反应时间a=6min，则②的反应速率为：v=$\frac{10mL}{6min}$≈1.67mL/min，故B正确，
故答案为：

序号	加入的稀硫酸浓度	反应时间/min	收集的气体/mL	反应速率mL•min-1
①				0.91
②
③		2

B．

点评 本题探究了温度、浓度等因素对反应速率的影响，题目难度中等，注意掌握影响化学反应速率的因素，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学实验能力，（Ⅳ）为易错点，明确②的反应时间为解答关键．