Question

16．室温下，某研究小组为探究影响CaCO₃与盐酸反应速率的因素，进行了如下实验．
（1）测定0.5mol•L^-1盐酸与CaCO₃固体的反应速率．
方案1：通过测定生成CO₂的体积（或质量）和反应时间计算反应速率；
方案2：通过测定消耗CaCO₃固体的质量和反应时间计算反应速率；
（2）探究固体表面积或反应物浓度对化学反应速率的影响．限选试剂与用品：0.5mol•L^-1盐酸、块状CaCO₃、粉末状CaCO₃、蒸馏水、量筒、秒表
①设计实验：在固体表面积或反应物浓度不同的条件下，通过如图1实验装置测定生成等质量CO₂所需的时间（或相同时间内生成的CO₂的质量）来直接体现反应速率大小．

②参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案（写出所选试剂的状态及体积，需测定的物理量数据可用字母表示）．

	V（0.5mol•L-1 HCl）/mL	m（CaCO3）/g	CaCO3状态	V（蒸馏水）/mL		实验目的
实验1	40.0	0.8				①实验1和2探究固体表面积对反应速率的影响； ②实验1和3探究反应物浓度对反应速率的影响
实验2	40.0	0.8
实验3	60.0	0.8

（3）实验结束后，研究小组将0.1mol•L^-1Na₂CO₃溶液缓慢滴加至实验1反应后的混合溶液中，研究产生沉淀的量，请在图2中画出产生沉淀的质量与滴加Na₂CO₃溶液体积之间关系的示意图．

Answer 1

分析 （1）测定CaCO₃固体与过量0.1mol•L^-1 HCl的反应速率，可以根据单位时间内二氧化碳的生成量或单位时间内碳酸钙的消耗量判断反应速率；
（2）①在固体表面积或反应物浓度不同的条件下，通过测定单位时间内二氧化碳的生成速率判断反应速率；
②据盐酸浓度相同时，块状碳酸钙与粉末状碳酸钙生成二氧化碳的速率和碳酸钙状态相同盐酸浓度不同时生成二氧化碳速率进行实验；
（3）根据计算所得数据在图丁中画出产生沉淀的曲线．

解答 解：（1）可以根据单位时间内二氧化碳的生成量或单位时间内碳酸钙的消耗量判断反应速率，即测定生成二氧化碳的体积（或质量）和反应时间，或测定消耗碳酸钙固体的质量和反应时间，
故答案为：生成二氧化碳的体积（或质量）；反应时间；消耗碳酸钙固体的质量；反应时间；
（2）①在固体表面积或反应物浓度不同的条件下，通过测定单位时间内二氧化碳的生成速率判断反应速率，故答案为：生成等质量CO₂所需的时间（或相同时间内生成的CO₂的质量）；
②据盐酸浓度相同时，块状碳酸钙与粉末状碳酸钙生成二氧化碳的速率和碳酸钙状态相同盐酸浓度不同时生成二氧化碳速率进行实验，

物理量   实验序号	V（0.5mol/L的HCl）/mL	m（块状碳酸钙质量）/g	m（粉末状碳酸钙质量）/g	V（蒸馏水）/mL	m（二氧化碳）/g	反应时间 t/s
实验1	40	0.8		60	d
实验2	40		0.8	60	d
实验3	60	0.8		40	d

故答案为：

物理量   实验序号	V（0.5mol/L的HCl）/mL	m（块状碳酸钙质量）/g	m（粉末状碳酸钙质量）/g	V（蒸馏水）/mL	m（二氧化碳）/g	反应时间 t/s
实验1	40	0.8		60	d
实验2	40		0.8	60	d
实验3	40	0.8		40	d

；
（3）CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
     100    2
     0.8  40×0.5×10^-3
因为$\frac{40×0.5×1{0}^{-3}}{2}＞\frac{0.8}{100}$

所以盐酸过量，过量的盐酸的量为：0.02-0.016=0.004mol，
 所以首先发生Na₂CO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，
               1     2
           0.1×V   0.004
所以V=0.02L=20mL，所以横坐标为20mL的时候开始出现沉淀，
 CaCl₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaCl    
   1      1   
 0.008    0.1×V1
即V1=0.08L=80mL，也就是100ml的时刻沉淀达最大值，后来再滴入碳酸钠沉淀不溶解，所以图象为：，
故答案为：．

点评 本题考查了化学反应速率的求算以及化学反应速率的实验测定，题目难度较大．