2021届高考化学一轮复习（苏教版）化学反应条件控制作业
课时提升作业 三十四
化学反应条件控制
1.(2020·温州模拟) 探究2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O 反应速率的影响因素,有关实验数据如下表所示:
实验
编号
温度
(℃)
催化剂
用量(g)
酸性KMnO4溶液
H2C2O4溶液
KMnO4
溶液褪色
平均时间(min)
体积
(mL)
浓度
(mol·L-1)
体积
(mL)
浓度
(mol·L-1)
1
25
0.5
4
0.1
8
0.2
12.7
2
80
0.5
4
0.1
8
0.2
a
3
25
0.5
4
0.01
8
0.2
6.7
4
25
0
4
0.01
8
0.2
b
下列说法不正确的是 ( )
A.a<12.7,b>6.7
B.用KMnO4表示该反应速率,v(实验3)>v(实验1)
C.用H2C2O4表示该反应速率,v(实验1)约为6.6×10-3 mol·L-1·min-1
D.可通过比较收集相同条件下相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢
【解析】选B。A.实验2,温度高,速率快,a<12.7,实验4,没有用催化剂,速率慢,b>6.7,故A正确;B.实验3,用的KMnO4浓度低,用KMnO4表示该反应速率慢,v(实验3)
Fe,Cu不反应
金属的性质越活泼,反应速率越快
(1)甲同学表中实验步骤②为 __________________。
(2)甲同学的实验目的是__________________。
要得出正确的实验结论,还需控制的实验条件是__________________。
乙同学为了精确地研究浓度对反应速率的影响,利用如图所示装置进行定量实验。
(3)乙同学在实验中应该测定的数据是 __________________。
(4)乙同学完成该实验应选用的实验药品是__________________。
该实验中不选用某浓度的硫酸,理由是 __________________。
【解析】(1)要想通过实验比较法得出正确的结论,必须排除其他因素的变动和干扰,即需要控制好与实验有关的各项反应条件。所以②中加入的Mg、Fe、Cu应该大小、形状都相同。
(2)由实验报告的内容可知甲同学的实验目的是研究反应物本身的性质与反应速率的关系,所以还需要控制的实验条件是温度相同。
(3)可以通过单位时间内产生气体的多少或产生相同体积的气体所需的时间来比较化学反应速率的快慢。
(4)常温下Fe、Al遇浓硫酸、浓硝酸钝化且Mg和浓硫酸反应无氢气生成,所以不能选用18.4 mol·L-1的浓硫酸。
答案:(1)分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg
(2)研究金属(或反应物)本身的性质与反应速率的关系 温度相同
(3)一定时间内产生气体的体积(或产生一定体积的气体所需的时间)
(4)Mg(或Fe)、0.5 mol·L-1硫酸和2 mol·L-1硫酸
常温下Mg和18.4 mol·L-1浓硫酸反应生成SO2;Fe在18.4 mol·L-1浓硫酸中发生钝化
1.NaHSO3溶液在不同温度下均可被过量KIO3氧化,当NaHSO3完全消耗时即有I2析出,根据I2析出所需时间可以求得NaHSO3的反应速率。将浓度均为
0.020 mol·L-1的NaHSO3溶液(含少量淀粉)10.0 mL、KIO3(过量)酸性溶液40.0 mL混合,记录10～55 ℃间溶液变蓝时间,55 ℃时未观察到溶液变蓝,实验结果如图。据图分析,下列判断不正确的是 ( )
A.40 ℃之前与40 ℃之后溶液变蓝的时间随温度的变化趋势相反
B.图中b、c两点对应的NaHSO3反应速率相等
C.图中a点对应的NaHSO3反应速率为5.0×10-5 mol·L-1·s-1
D.温度高于40 ℃时,淀粉不宜用作该实验的指示剂
【解析】选B。由题给图象可知,温度低于40 ℃时,温度升高,溶液变蓝的时间短,但温度高于40 ℃时情况相反,A项正确;因为b、c两点的温度不同,反应速率不可能相等,B项错误;图中a点所用的时间为80 s,则NaHSO3的反应速率为(0.020 mol·L-1×10.0 mL×10-3 L·mL-1)÷(50 mL×10-3 L·mL-1)÷80 s=5.0×
10-5 mol·L-1·s-1,C项正确;由题给条件,55 ℃时未观察到溶液变蓝可知,温度高于40 ℃时,淀粉易糊化,不宜作该实验的指示剂,D项正确。
2.(2020·丽水模拟) 肼(N2H4)和氧气的反应情况受温度影响。某同学设计方案探究温度对产物的影响结果如图所示。下列说法不正确的是
( )
A.温度较低时, 肼和氧气主要发生的反应N2H4+O2N2+2H2O
B.900 ℃时,能发生反应N2+O22NO
C.900 ℃时,N2的产率与NO的产率之和可能小于 1
D.该探究方案是将一定量的肼和氧气在密闭容器中进行不断升温实验
【解析】选D。 由图可知,温度较低时,肼和氧气主要发生反应N2H4+O2N2+2H2O,A正确;由图可知,在400 ℃到900 ℃之间,N2的产率逐渐减小、 NO 的产率逐渐升高,所以,900 ℃时,能发生反应N2+O22NO,B正确;由图可知,当温度高于900 ℃后,N2的产率与NO的产率都降低了,说明两个反应都是可逆反应,所以900 ℃时, N2的产率与NO的产率之和可能小于1,C正确;该探究方案是将一定量的肼和氧气在密闭容器中、在不同温度下达到平衡的实验,反应达到平衡需要一定的时间,所以不能不断升高温度,D不正确。
3.(1)已知Na2S2O3+H2SO4Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O,甲同学通过测定该反应发生时溶液变浑浊的时间,研究外界条件对化学反应速率的影响。设计实验一如下(所取溶液体积均为10 mL):
实验
编号
实验温
度/℃
c(Na2S2O3)/
(mol·L-1)
c(H2SO4)/
(mol·L-1)
①
25
0.1
0.1
②
25
0.2
0.1
③
25
0.1
0.2
④
50
0.2
0.1
⑤
50
0.1
0.1
其他条件不变时:探究温度对化学反应速率的影响,应选择实验________(填实验编号);若同时选择实验①、实验②、实验③,测定混合液变浑浊的时间,可探究________对化学反应速率的影响。
(2)在一定温度下,若将4a mol H2和2a mol N2放入V L的密闭容器中,5 min后测得N2的转化率为50%,则该段时间用H2表示的反应速率为______________。
实验二:已知2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑,在开始一段时间内,反应速率较小,溶液褪色不明显;但不久突然褪色,反应速率明显增大。
(3)针对上述现象,某同学认为该反应放热,导致溶液温度上升,反应速率增大。从影响化学反应速率的因素看,你猜想还可能是________的影响。
(4)若用实验证明你的猜想,除酸性高锰酸钾溶液、草酸溶液外,可以在反应一开始时加入 ________(填字母序号)。
A.硫酸钾 B.硫酸锰
C.氯化锰 D.水
【解析】(1)要探究温度对化学反应速率的影响,应选择浓度相同条件下的实验,所以可以选择①⑤或②④,①②③是在相同温度下,不同浓度对反应速率的影响。(2)氮气的消耗量为a mol,则根据方程式计算,消耗氢气的量为3a mol,则用氢气表示反应速率为 mol·L-1·min-1。(3)因为反应生成硫酸锰,锰离子有催化作用,反应速率突然增大,可能是催化剂的作用造成的。(4)为了验证锰离子是否有催化作用,在做对比实验时可以在开始就加入硫酸锰,观察反应速率是否变化。
答案:(1)①⑤(或②④) 不同反应物浓度
(2) mol·L-1·min-1
(3)Mn2+的催化作用 (4)B
4.锌灰是炼锌厂的烟道灰,含ZnO 35%以上,还含有少量的氧化锰(MnO)、氧化铜、铁的氧化物和不溶于酸的杂质,工业上常用酸浸法回收ZnSO4·7H2O。 已知
ZnSO4·7H2O晶体易溶于水,难溶于酒精,某兴趣小组实验室模拟回收ZnSO4·7H2O晶体,流程如下:
请回答:
(1)分析步骤Ⅱ中的操作和原理,回答下列问题:
①结合表1、2,分析选择的pH及温度分别是________、________,其中,可以采用加入__________________ 来调节pH;
表1 pH对ZnSO4·7H2O回收量及纯度影响
pH
ZnSO4·7H2O
回收量(g)
产品中Fe
含量(g)
产品中其他
重金属含量(%)
1
114.32
0.750
0.059
2
114.40
0.086
0.056
3
113.68
0.034
0.054
4
113.60
0.010
0.050
5
112.43
0.010
0.050
表2 温度对ZnSO4·7H2O回收量及纯度影响
温度
(℃)
ZnSO4·7H2O
回收量(g)
产品中Fe
含量(g)
产品中其他
重金属含量(%)
20
111.45
0.011
0.052
40
112.89
0.010
0.051
60
113.80
0.010
0.050
80
113.80
0.010
0.050
90
114.40
0.091
0.048
②该步过滤时采用减压过滤,操作过程中是否可以使用滤纸并说明理由____
______________________;
③酸性KMnO4溶液将溶液中的Fe2+氧化,生成两种沉淀;同时,过量的高锰酸钾在微酸性的条件下能自动分解生成MnO2沉淀。试写出在该环境下,KMnO4溶液氧化Fe2+的离子反应方程式 _____________________________。
若用稀硝酸作氧化剂,除了产物中可能含有Zn(NO3)2外,还可能的缺点是______
________________;
(2)在整个实验过程中,下列说法正确的是________;
A.滤渣B的主要成分为Cu
B.为了检验滤液B中是否含有铁元素,可选择KSCN溶液进行测定
C.步骤Ⅴ进行洗涤时,可以选择酒精作为洗涤剂,对晶体洗涤1～2次
D.步骤Ⅳ溶液冷却时,若未见晶体析出,可用玻璃棒轻轻地摩擦器壁
(3)为测定ZnSO4·7H2O晶体的纯度,可用K4Fe(CN)6标准液进行滴定。主要原理如下:2K4Fe(CN)6+3ZnSO4K2Zn3[Fe(CN)6]2↓+3K2SO4。
准确称取5.000 g ZnSO4·7H2O晶体,用蒸馏水溶解并定容至250 mL,准确移取该溶液25.00 mL至锥形瓶中,用0.050 0 mol/L K4Fe(CN)6溶液进行滴定, 所得数据如表:
实验次数
滴定前读数/mL
滴定后读数/mL
1
0.10
19.92
2
1.34
21.12
3
0.00
20.10
则ZnSO4·7H2O晶体的纯度是________(以质量分数表示)。
【解析】(1)①结合表1、2,选择的pH=4时,ZnSO4·7H2O的回收量较高,Fe3+较低,温度60 ℃时,ZnSO4·7H2O的回收量较高,Fe3+较低,温度80 ℃时,ZnSO4·7H2O的回收量差不了多少,条件还很容易达到。用ZnO来调节溶液的pH不会增加新杂质,同时降低了酸性。
②该步过滤采用减压过滤, 操作过程因为滤液B中含有KMnO4溶液,具有强氧化性,会腐蚀滤纸,不能用滤纸,此时可以用玻璃砂漏斗代替布氏漏斗。
③高锰酸钾在微酸性的条件下能自动分解生成MnO2沉淀。试写出在该环境下,KMnO4溶液氧化Fe2+的离子反应方程式:Mn+ 3Fe2++7H2OMnO2↓+
3Fe(OH)3↓+5H+。若用稀硝酸作氧化剂,除了产物中可能含有Zn(NO3)2外,还会产生氮氧化合物污染环境。
(2)A.滤渣B的主要成分为Fe(OH)3,故A错;B.检验Fe3+的试剂是KSCN溶液,现象变红,故B正确;C.步骤Ⅴ进行洗涤的是ZnSO4·7H2O晶体,因为它易溶于水,所以可以选择酒精作为洗涤剂,对晶体洗涤1～2次,故C正确;D.步骤Ⅳ溶液冷却时,若未见晶体析出,可用玻璃棒轻轻地摩擦器壁,目的是靠摩擦,在烧杯内壁产生微小的玻璃微晶来充当晶核,细小的颗粒即具有较大曲率,容易诱导结晶,故D正确。
(3)由于三次消耗的体积相差不大,取三次的平均值。所以V=19.9 mL,则平均每次消耗K4Fe(CN)6的物质的量n=0.050 0 mol·L-1×19.9×10-3 L=9.95×10-4 mol。
设ZnSO4溶液浓度为c,根据滴定原理:
2K4Fe(CN)6 + 3ZnSO4K2Zn3[Fe(CN)6]2↓+ 3K2SO4
2 3
9.95×10-4
m(ZnSO4·7H2O)=c×0.25 L×287 g·mol-1
ZnSO4·7H2O晶体的纯度是=m(ZnSO4·7H2O)÷5.000 g×100%=85.67%。
答案:(1)①4 60 ℃ ZnO ②不可以,因为滤液B中含有KMnO4溶液,具有强氧化性,会腐蚀滤纸,此时可以用玻璃砂漏斗代替布氏漏斗
③Mn+3Fe2++7H2OMnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+
产生氮氧化合物污染环境 (2)BCD
(3)85.67%
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