第一节综合训练

根据实验数据，当盐酸浓度为 $ {\rm 0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ 和 $ {\rm 0.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ 时，钠与盐酸反应时间 $ (13\mathrm{s} $ 、 $ 11\mathrm{s}) $ 比钠与水反应时间 $ (20\mathrm{s}) $ 更短，此时钠与盐酸反应更快，但当盐酸浓度达到 $ {\rm 1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ 及以上时，盐酸浓度增大，钠与盐酸反应时间反而更长 $ (21\mathrm{s} $ 、 $ 65\mathrm{s} $ 、 $ 114\mathrm{s}) $ ，故不能得出钠与盐酸反应比钠与水反应速率更快的结论， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；钠与盐酸反应生成 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ ，高浓度 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ 可能导致 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 溶解度降低而析出沉淀，题中盐酸足量，该固体不可能为 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；实验数据显示，当盐酸浓度 $ {\rm ⩾ 3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ 时，反应时间显著增加且出现沉淀，说明 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ 浓度高导致 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 析出并覆盖在钠表面，阻碍反应的进行， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；钠与低浓度盐酸反应速率比与水快，此时钠与 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 反应更快，钠与高浓度盐酸反应时存在生成沉淀的干扰因素，则本实验不足以证明钠与盐酸反应时优先与 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 反应， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

由上述分析知反应的化学方程式为 $ {\rm 3\mathrm{B}+4\mathrm{C}⇌6\mathrm{A}+2\mathrm{D}.} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；反应进行到 $ 1\mathrm{s} $ 时，根据反应速率比等于物质的化学计量数之比，得 $ {\rm 2v(\mathrm{A})=3v(\mathrm{C})} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；由分析知， $ 0\sim 6\mathrm{s} $ 内， $ {\rm \mathrm{\Delta }n(\mathrm{B})=0.6\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}} $ ，则 $ {\rm v(\mathrm{B})=\dfrac{\mathrm{\Delta }n(\mathrm{B})}{V\cdot \mathrm{\Delta }t}=\dfrac{0.6\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{2\mathrm{L}×6\mathrm{s}}=0.05\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；反应进行到 $ 6\mathrm{s} $ 时，各物质的反应速率之比等于对应的化学计量数之比， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

【题图剖析】

总反应为 $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{a}\mathrm{q})\xlongequal{{\mathrm{I}}^{-}}2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{l})+{\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})} $ ，第2个基元反应为 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{a}\mathrm{q})+{\mathrm{I}\mathrm{O}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{q})\xlongequal{}{\mathrm{I}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{q})+{\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{g})+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{l})} $ ，总反应-第2个基元反应可得第1个基元反应为 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{a}\mathrm{q})+{\mathrm{I}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{q})\xlongequal{}{\mathrm{I}\mathrm{O}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{q})+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{l})} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；反应的活化能越小，反应速率越快，第2个基元反应为快反应，说明其活化能低于第1个基元反应， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；由图可知， $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}} $ 初始浓度为 $ {\rm 0.8\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ， $ 20\mathrm{s} $ 时浓度降为 $ {\rm 0.4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ （减半）， $ 40\mathrm{s} $ 时降为 $ {\rm 0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ （再减半），半衰期为 $ 20\mathrm{s} $ ， $ {\rm {\mathrm{I}}^{-}} $ 为催化剂，通过降低活化能提高活化分子百分数， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确； $ 20\sim 40\mathrm{s} $ 内， $ {\rm \mathrm{\Delta }c=(0.4-0.2)\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}=0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ， $ {\rm \mathrm{\Delta }t=20\mathrm{s}} $ ， $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}} $ 的平均反应速率 $ {\rm v=\dfrac{0.2}{20}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}=1.0×{10}^{-2}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

由题图可知，反应①的活化能大于反应②的活化能，所以反应①较难发生，该反应是慢反应，反应②更容易发生，总反应速率由活化能大的慢反应决定，所以反应①为决速步， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确。反应①中生成物的总能量大于反应物的总能量，该反应为吸热反应；而反应②中反应物的总能量大于生成物的总能量，因此该反应为放热反应， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确。催化剂只能改变反应历程，不能改变反应物与生成物的总能量，也就不能改变反应的焓变；根据图示可知，该反应的总反应为放热反应，则正反应的活化能小于逆反应的活化能， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误。 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}} $ 先消耗后生成，是反应的催化剂；而 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ 先生成后消耗，所以是该反应过程中产生的中间产物， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

第一步是 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 在催化剂表面转化成 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 和，甲酸 $ {\rm (\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H})} $ 结构为，断裂的是羧基中的 $ {\rm \mathrm{O}—\mathrm{H}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；总反应速率由慢反应决定，第二步为慢反应，故反应速率由第二步决定， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；催化剂能降低活化能但不能改变反应焓变， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；机理中生成 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ 的 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 来自 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 羧基中 $ {\rm \mathrm{H}} $ ， $ {\rm {\mathrm{H}}^{-}} $ 来自 $ {\rm \mathrm{C}—\mathrm{H}} $ 中 $ {\rm \mathrm{H}} $ ，若用 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{D}} $ ，则 $ {\rm \mathrm{O}—\mathrm{D}} $ 断裂生成 $ {\rm {\mathrm{D}}^{+}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}—\mathrm{H}} $ 断裂生成 $ {\rm [{\mathrm{H}}^{-}]} $ ，结合为 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{D}} $ ，若用 $ {\rm \mathrm{D}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ ，则 $ {\rm \mathrm{O}—\mathrm{H}} $ 断裂生成 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}—\mathrm{D}} $ 断裂生成 $ {\rm [{\mathrm{D}}^{-}]} $ ，结合为 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{D}} $ ，均得到 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{D}} $ 和 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

（1） 该实验需要测定产生气体的体积，实验前应先检查装置的气密性。

（2） 测定反应速率需要测定一段时间内产生气体的体积，还需要的仪器为计时器；圆底烧瓶内 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}}_{2}{\mathrm{S}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}} $ 与稀硫酸发生反应，离子方程式为 $ {\rm {\mathrm{S}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}^{2-}+2{\mathrm{H}}^{+}\xlongequal{}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}↑+\mathrm{S}↓+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}.} $ 。

（3） 研究外界因素对反应速率的影响时，需要控制单一变量，实验Ⅰ、Ⅱ中 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}}_{2}{\mathrm{S}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}} $ 溶液的体积不同，故温度、 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 溶液浓度相同， $ a $ 为20，溶液总体积为 $ {\rm 20\mathrm{m}\mathrm{L}} $ ，则 $ {\rm V=2} $ ，实验Ⅰ、Ⅱ探究 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}}_{2}{\mathrm{S}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}} $ 溶液的浓度对化学反应速率的影响；实验Ⅱ、Ⅲ探究温度对化学反应速率的影响。

（3） ① 根据分析，实验Ⅰ、Ⅱ探究 $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}}_{2}{\mathrm{S}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}} $ 溶液的浓度对化学反应速率的影响。

② 根据分析， $ {\rm V=2} $ 、 $ a=20 $ 。

③ 初始时 $ {\rm c({\mathrm{H}}^{+})=\dfrac{0.5×2×0.01}{0.02}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}=0.5\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ， $ 40\mathrm{s} $ 时 $ {\rm c({\mathrm{H}}^{+})} $ 为 $ {\rm 0.42\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ，反应为 $ {\rm {\mathrm{S}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}^{2-}+2{\mathrm{H}}^{+}\xlongequal{}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}↑+\mathrm{S}↓+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}.} $ ，则该反应在 $ 40\mathrm{s} $ 内的平均化学反应速率 $ {\rm v({\mathrm{S}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}^{2-})=\dfrac{1}{2}v({\mathrm{H}}^{+})=\dfrac{1}{2}×\dfrac{0.5-0.42}{40}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}=0.001\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}} $ 。

（4） $ \mathrm{a} $ 、 $ \mathrm{b} $ 组实验 $ {\rm c({\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2})} $ 相同， $ \mathrm{b} $ 组 $ {\rm {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2}} $ 浓度为 $ \mathrm{a} $ 组的2倍，速率也为 $ \mathrm{a} $ 组的2倍，故 $ m=1 $ ； $ \mathrm{a} $ 、 $ \mathrm{c} $ 组实验 $ {\rm c({\mathrm{S}\mathrm{O}}_{2})} $ 相同， $ \mathrm{a} $ 组 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{l}}_{2}} $ 浓度为 $ \mathrm{c} $ 组的2倍，速率也为 $ \mathrm{c} $ 组的2倍，故 $ n=1 $ ；将 $ m=1 $ 、 $ n=1 $ 代入 $ \mathrm{a} $ 组数据中可得， $ {\rm 6.0×{10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}\cdot { \min }^{-1}=k×0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}×0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}} $ ，解得 $ {\rm k=0.6\mathrm{L}\cdot {\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}\cdot { \min }^{-1}} $ 。