Question

某学习小组通过测定大理石与硝酸反应过程中体系质量的变化，研究影响反应速率的因素．所用HNO₃浓度为1.00mol/L、2.00mol/L，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298K、308K，每次实验HNO₃的用量均为25.0mL、大理石用量均为10.00g．
（1）请完成以下实验设计：

实验目的	实验编号	T/K	大理石规格	c（HNO3）  mol/L
（Ⅰ）实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响； （Ⅱ）实验①和③探究温度对该反应速率的影响； （Ⅲ）实验①和④探究大理石规格（粗、细）对该反应速率的影响；）	①	298	粗颗粒	2.00
	②
	③
	④

（2）实验①中CO₂质量随时间变化的关系见下图：

忽略溶液体积变化，计算实验①在40s-100s范围内HNO₃的平均反应速率（保留2位小数）：

0.015mol?L^-1?S^-1

．
（3）请在答题纸上，画出实验②和③中CO₂质量随时间变化关系的预期结果示意图．

Answer 1

分析：（1）根据实验的目的和影响化学反应速率的因素来设计实验；
（2）由CO₂质量随时间变化的关系图得出40-100s二氧化碳的增加量，再根据方程式计算硝酸的量，然后计算实验①在40-100s范围内HNO₃的平均反应速率；
（3）根据②、③的硝酸用量及温度、大理石规格，对比①画出实验②和③中CO₂质量随时间变化关系的预期结果示意图．

解答：解：（1）由实验目的可知，探究浓度、接触面积对化学反应速率的影响，
则实验①②的温度、大理石规格相同，只有浓度不同；实验①③中只有温度不同，其它条件必须相同；实验①④中只有大理石规格不同，其它条件完全相同，
故答案为：

实验编号	T/K	大理石规格	HNO3浓度/mol?L-1
②	298	粗颗粒	1.00
③	308	粗颗粒	2.00
④	298	细颗粒	2.00

（2）由图可知40-100s，CO₂生成的质量为m（CO₂）=1.00g-0.50g=0.50g，物质的量为n（CO₂）=

0.50

44

mol≈0.0114mol，
由

1

2

CaCO₃+HNO₃═

1

2

Ca（NO₃）₂+

1

2

CO₂↑+

1

2

H₂O可知，消耗HNO₃的物质的量为n（HNO₃）=0.0114mol×2=0.0228，
又溶液体积为25ml=0.025L，所以HNO₃减少的浓度△c（HNO₃）=

0.0228mol

0.025L

=0.912mol?L^-1，
反应的时间t=100s-40s=60s
所以HNO₃在70-90S范围内的平均反应速率为v（HNO₃）=

△c

△t

=

0.912mol?L-1

60s

≈0.015mol?L^-1?S^-1，
故答案为：0.015mol?L^-1?S^-1；
（3）由于②硝酸浓度是①的一半，所以反应速率比①小，生成的二氧化碳是①的一半；
③中的硝酸浓度与①相同，所以生成的二氧化碳物质的量相等，但是温度③最高，反应速率最快，
根据以上画出实验②和③中CO₂质量随时间变化关系的预期结果示意图为：
，
故答案为：．

点评：本题考查化学反应速率的影响因素及反应速率的计算，注意信息中提高的条件及图象的分析是解答的关键，较好的考查学生综合应用知识的能力．