内容正文:
类型3 影响化学反应速率因素的探究、项目式探究
1.无焰食品加热器常用于野外加热食物,它的成分是镁粉、铁粉、氯化钠。使用时加入水,镁和水反应产生热量。下面是在18℃、标准大气压的环境中对该产品的实验研究,请结合以下方案回答有关问题(不考虑氯化钠对水沸点的影响)。
实验1:Ⅰ、将一定质量的镁条、铁粉和氯化钠加入盛有100mL水的隔热容器中,连续搅拌,每50s记录一次温度,得图1中曲线a;
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Ⅱ、将相同质量的镁条剪成100份代替Ⅰ中镁条重复以上实验,得图1中曲线b;
Ⅲ、用相同质量的镁粉代替Ⅰ中镁条重复以上实验,得图1中曲线c。
(1)从能量变化角度看,该变化是由 化学 能转化为 热 能。
(2)观察图1,从中可以发现影响镁和水反应速率的因素是 镁的反应表面积(或镁的颗粒大小) 。
化学
热
镁的反应表面积(或镁的颗粒大小)
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实验2:将2.4g镁粉和质量为28g的铁粉混合,加入盛有100mL水的隔热容器中,不断搅拌。氯化钠用量不同时,温度变化情况如图2所示。
(3)如果在实验2中加入质量为3.65gNaCl,混合物的温度最高大约是 45℃ 。
(4)某同学设计了下面四种无焰食品加热器物料配方,请根据本次实验研究的结论,判断其中最合理的是 A (填字母)。
A.2.4g镁粉、7.30gNaCl和28g铁粉
B.2.4g镁条、7.30gNaCl和28g铁粉
C.2.4g镁粉、8.76gNaCl和28g铁粉
D.2.4g镁条、8.76gNaCl和28g铁粉
45℃
A
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(5)再识镁:金属镁投入水中,其表面缓慢产生少量气泡,数分钟后停止:加入NH4Cl溶液,又有气泡产生且逐渐增多。查阅资料得知:NH4Cl能促进镁与水的反应,反应过程如图3所示。
①镁与水反应生成氢氧化镁和一种单质,反应的化学方程式为
Mg+2HOMg(OH)+H↑ 。
②NH4Cl能促进镁与水反应的原因可能是 氯化铵能够去除覆盖在镁表面的难溶性的氢氧化镁,从而使镁能继续与水反应 。
Mg+2H2O═Mg(OH)2+H2↑
氯化铵能够去除覆盖在镁表面的难溶性的氢氧化镁,从而使镁能继续与水反应
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2.常温下,Fe、CuO均能与稀硫酸反应。兴趣小组的同学提出问题:二者混合后与稀硫酸反应的先后顺序受哪些因素影响?同学们设计实验方案进行如下探究。
提示:铁与氧化铜在溶液中不反应。
【实验探究一】铁和氧化铜用量的差异对反应先后顺序的影响
实验方案:向两份不同比例的混合粉末中,分别加入足量等体积、溶质质量分数为9.8%的稀硫酸,不断搅拌,观察实验现象。
实验记录:
实验序号 铁粉质量/g 氧化铜质量/g 9.8%的稀硫酸 实验现象
① 0.56 1.6 足量 立即出现红色固体,无气泡产生,充分反应后上层清液呈蓝色
② 1.68 1.6 足量 立即出现红色固体,红色固体不再增加后,产生大量气泡,充分反应后上层清液呈浅绿色
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【分析与结论】
(1)实验中均生成红色固体,相关反应的化学方程式为 CuO+HSOCuSO+HO ; Fe+CuSOFeSO+Cu 。
(2)以上实验,铁、氧化铜两种物质中,先与稀硫酸发生反应的是 氧化铜 。
(3)结论:在一定条件下,铁粉和氧化铜用量的差异 不会 (填“会”或“不会”)影响二者与稀硫酸反应的顺序。
【实验探究二】硫酸浓度对反应先后顺序的影响
实验方案: 向两份相同比例的混合粉末中,分别加入足量等体积、不同溶质质量分数的稀硫酸,不断搅拌 ,观察实验现象。
CuO+H2SO4═CuSO4+H2O ; Fe+CuSO4═FeSO4+Cu
氧化铜
不会
向两份相同比例的混合粉末中,分别加入足量等体积、不同溶质质量分数的稀硫酸,不断搅拌
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实验记录:
【分析与结论】
(4)实验④中产生大量气泡,该气体为 氢气 /H 。
(5)对比实验③和实验④,增大硫酸浓度会促进 铁/Fe 与硫酸的反应。
(6)增大硫酸浓度会影响红色固体的质量。两个实验中,红色固体质量的大小关系是:实验③ 大于 实验④(填“大于”或“小于”)。
结论:硫酸浓度对铁、氧化铜与稀硫酸反应的顺序有一定影响。
实验序号 铁粉质量/g 氧化铜质量/g 稀硫酸浓度 实验现象
③ 1.12 1.6 18.6% 立即出现红色固体,无气泡产生,充分反应后上层清液呈浅绿色
④ 1.12 1.6 23.7% 立即出现红色固体的同时产生大量气泡,充分反应后上层清液呈浅蓝色
氢气/H2
铁/Fe
大于
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3.古代科技 古代工艺《梦溪笔谈》中有关于湿法炼铜的描述,表明我国很早就开始利用硫酸铜。兴趣小组的同学开展了有关硫酸铜项目研究。
项目一:硫酸铜的性质
(1)硫酸铜是一种白色固体粉末,描述的是硫酸铜的 物理 (填“物理”或“化学”)性质。
(2)将一根打磨过的铁丝插入盛有硫酸铜溶液的试管中,反应一段时间后观察到的实验现象是 铁丝表面有红色固体析出,溶液由蓝色变为浅绿色 。
物理
铁丝表面有红色固体析出,溶液由蓝色变为浅绿色
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项目二:硫酸铜的用途
(3)硫酸铜和石灰乳混合可以配制农业上常用的杀菌剂波尔多液,反应的化学方程式为 CuSO+Ca(OH)Cu(OH) ↓+CaSO 。
项目三:硫酸铜的制备
【查阅资料】制备硫酸铜的一种方案:Cu+H2O2+H2SO4==CuSO4+2H2O。
【进行实验】将反应物装入烧杯中,观察到如下现象:开始时有少量气泡,后来反应剧烈产生大量气泡,放出热量,溶液呈蓝色,该溶液即为硫酸铜溶液。
【提出疑问】实验中为什么有气体生成?同学们进行了如下探究。
CuSO4+Ca(OH)2═Cu(OH)2 ↓+CaSO4
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项目四:实验异常现象探究
【查阅资料】制备硫酸铜过程中,H2O2发生了分解反应,生成的气体是 O 。
【提出问题】什么因素加快了H2O2分解?
【猜想与假设】 猜想一:生成的CuSO4; 猜想二:温度升高;
猜想三: 生成的CuSO与温度升 高共同影响 。
【实验探究】
O2
生成的CuSO4与温度升高共同影响
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【实验分析】
实验观察到的现象:实验一产生气泡;实验二无明显现象;实验三产生气泡;实验四快速产生气泡,对比实验一和实验二可以得出的结论是 CuSO能加快HO的分解 。为了验证温度升高能加快H2O2的分解,甲同学的方案是对比实验二和实验三;乙同学的方案是对比实验一和实验四。我们认为 甲 同学的方案更严谨,理由是 两组实验中没有CuSO 的干 扰 。
【实验结论】猜想三正确。
CuSO4能加快H2O2的分解
甲
两组实验中没有CuSO4的干扰
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4.在学习了常见的酸和碱后,某化学兴趣小组的同学围绕“酸碱中和反应”,在老师引导下开展实验探究活动,请你参与下列活动。
【实验探究】将氢氧化钾溶液与稀硫酸混合,观察不到明显现象,为证明氢氧化钾溶液与稀硫酸发生了反应,三位同学进行了以下实验。
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(1)测定溶液pH变化的方法。
甲同学在实验过程中测得pH变化如图1所示,则该同学的操作是
a (填字母)。
a.将氢氧化钾溶液滴入稀硫酸中
b.将稀硫酸滴入氢氧化钾溶液中
(2)测混合过程中的温度变化。
乙同学在实验过程中测得反应混合溶液的温度变化如图2所示,说明稀硫酸与氢氧化钾溶液发生的反应是 放热 (填“放热”或“吸热”)反应。图2中B点表示的含义是 稀硫酸与氢氧化钾恰好完全反应 。
a
放热
稀硫酸与氢氧化钾恰好完全反应
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(3)借助于酸碱指示剂。
丙同学通过图3所示实验,他观察到溶液由红色变成无色,也证明氢氧化钾溶液与稀硫酸发生了化学反应,反应的化学方程式为 2KOH+HSOKSO+2HO 。
【提出问题】反应后溶液中溶质
的成分是什么?
【猜想与假设】猜想一:只有
K2SO4;猜想二:有K2SO4和H2SO4。
【查阅资料】氯化钡与硫酸反应,
可生成不溶于水和酸的白色沉淀。
2KOH+H2SO4═K2SO4+2H2O
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【进行实验】(4)为了验证猜想,学习小组选用Fe2O3粉末、BaCl2溶液,进行如下探究,请完善表格。
【实验结论】通过探究,同学们一致确定猜想二是正确的。
实验方案 实验操作 实验现象 实验结论
方案一 取少量反应后的溶液于试管中,加入Fe2O3粉末 红色固体逐渐消失,溶液由无色变为黄色 溶液中有H2SO4,猜想二正确
方案二 取少量反应后的溶液于试管中,滴加BaCl溶液 产生白色沉淀
红色固体逐渐消失,溶液由无色变为黄色
取少量反应后的溶液于试管中,滴加BaCl2溶液
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【评价与反思】
(5)丁同学针对上述方案提出疑问,认为方案二是不合理的,理由是 KSO与BaCl反应产生白色沉淀,干扰HSO检验 。
(6)同学们经过反思与讨论,最后认为方案一中的Fe2O3粉末可以用下列的某些物质代替,也能得到同样的实验结论,请你选出可用试剂 ABD (填字母,多选)。
A.Mg B.CuO C.KCl D.Na2CO3
K2SO4与BaCl2反应产生白色沉淀,干扰H2SO4检验
ABD
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