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【题目】某小组通过分析镁与酸反应时pH的变化,探究镁与醋酸溶液反应的实质。

(实验)在常温水浴条件下,进行实验Ⅰ~Ⅲ,记录生成气体体积和溶液pH的变化:

Ⅰ.取0.1 g光亮的镁屑(过量)放入10 mL 0.10 mol·L–1 HCl溶液中;

Ⅱ.取0.1 g光亮的镁屑放入10 mL 0.10 mol·L–1 CH3COOH溶液(pH = 2.9)中;

Ⅲ.取0.1 g光亮的镁屑放入10 mL pH = 2.9 HCl溶液中。

(数据)

1 2

(1)起始阶段,Ⅰ中主要反应的离子方程式是____

(2)Ⅱ起始溶液中约为____(选填“1”、“10”或“102)

(3)起始阶段,导致Ⅱ、Ⅲ气体产生速率差异的主要因素不是c(H+),实验证据是____

(4)探究Ⅱ的反应速率大于Ⅲ的原因。

提出假设:CH3COOH能直接与Mg反应。

进行实验Ⅳ:____

得出结论:该假设成立。

(5)探究醋酸溶液中与Mg反应的主要微粒,进行实验

与Ⅱ相同的条件和试剂用量,将溶液换成含0.10 mol·L–1 CH3COOH0.10 mol·L–1 CH3COONa的混合溶液(pH = 4.8),气体产生速率与Ⅱ对比如下。

a.实验起始速率

b.实验Ⅱ起始速率

c.实验ⅡpH=4.8时速率

2.1 mL·min–1

2.3 mL·min–1

0.8 mL·min–1

对比a~c中的微粒浓度,解释其abac气体产生速率差异的原因:____

(6)综合以上实验得出结论:

镁与醋酸溶液反应时,CH3COOHH+H2O均能与镁反应产生氢气;

____

(7)实验反思:120 min附近,Ⅰ~ⅢpH均基本不变,pH(Ⅰ) ≈ pH(Ⅱ) < pH(Ⅲ),解释其原因:____

【答案】Mg + 2H+ = Mg2+ + H2 102 由图1可知起始阶段Ⅱ的速率远大于Ⅲ但图2表明起始阶段Ⅱ的pH大于Ⅲ 室温下将光亮的镁屑投入冰醋酸中立即产生气体 ab对比,c(CH3COOH)几乎相同,但bc(H+) 约为a100倍,使速率b > aac对比,c(H+)几乎相同,但ac(CH3COOH)约为c 2倍,使速率a > c CH3COOH是与Mg反应产生气体的主要微粒 120min附近,Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + 2OH(aq)均达到平衡状态,因此pH基本不变;c(Mg2+) Ⅰ≈Ⅱ>Ⅲ中上述平衡相对Ⅲ逆移,c(OH)减小,pH减小

【解析】

反应刚开始时,由于c(H+)最大,所以反应速率最快,消耗n(H+)最多,但如果只发生反应2H++Mg=Mg2++H2,则中产生H2的体积应相差较大,但实际上体积相差不大,说明醋酸也能与镁直接反应;从中产生H2的体积也可得出同样的结论。当中产生H2的体积相同时,盐酸、醋酸应完全反应,但产生H2的体积继续增大,表明MgH2O能发生反应Mg+2H2O= Mg(OH)2+ H2,且醋酸中产生的H2更多,说明MgH2O反应的速率中更快。比较中溶液的pH,随着反应的进行,pH大,但产生H2的速率Ⅱ>Ⅲ,表明c(H+)不是影响反应速率的唯一因素;比较溶液的pH,当pH相等后,盐酸中溶液的pH先趋于稳定,说明盐酸与Mg反应先结束,而醋酸与Mg反应后结束;溶液进行比较,pH大,则表明c(OH)大,应为溶液中c(Mg2+)引起。

(1)起始阶段,中主要发生镁与盐酸的反应,离子方程式是Mg + 2H+= Mg2++ H2。答案为:Mg + 2H+= Mg2++ H2

(2)Ⅱ 起始溶液中约为=102。答案为:102

(3)起始阶段,虽然c(H+)相等,但从产生H2的体积判断,中气体产生速率差异很大,而pH大于,则表明主要因素不是c(H+),实验证据是:由图1可知,起始阶段的速率远大于,但图2表明起始阶段pH大于。答案为:由图1可知,起始阶段的速率远大于,但图2表明起始阶段pH大于

(4)既然c(H+)不是影响反应速率的主要原因,那么有可能是醋酸能与Mg直接反应,于是进行实验:室温下,将光亮的镁屑投入冰醋酸中,立即产生气体。答案为:室温下,将光亮的镁屑投入冰醋酸中,立即产生气体;

(5) ab中醋酸浓度相同、但ac(H+)小,反应速率慢;ac中,c(H+)相同,但醋酸浓度c大约是a中的一半(假设实验中醋酸反应掉近一半,此时溶液中醋酸与醋酸根离子浓度相等,刚好为a中的一半,pHa中稍大),反应速率慢,由此得出气体产生速率差异的原因:ab对比,c(CH3COOH)几乎相同,但bc(H+)约为a100倍,使速率b > aac对比,c(H+)几乎相同,但ac(CH3COOH)约为c 2倍,使速率a > c。答案为:ab对比,c(CH3COOH)几乎相同,但bc(H+)约为a100倍,使速率b > aac对比,c(H+)几乎相同,但ac(CH3COOH)约为c 2倍,使速率a > c

(6)①镁与醋酸溶液反应时,CH3COOHH+H2O均能与镁反应产生氢气;

②从实验的比较中可得出,CH3COOH是与Mg反应产生气体的主要微粒。答案为:CH3COOH是与Mg反应产生气体的主要微粒;

(7) 120 min附近,Ⅰ~Ⅲ pH均基本不变、c(Mg2+)相同,而pH大,c(Mg2+)小,所以解释pH(Ⅰ) ≈ pH(Ⅱ) < pH(Ⅲ)的原因,应为:120min附近,Mg(OH)2(s)Mg2+(aq) + 2OH(aq)均达到平衡状态,因此pH基本不变;c(Mg2+) Ⅰ≈Ⅱ>Ⅲ中上述平衡相对逆移,c(OH)减小,pH减小。答案为:120min附近,Mg(OH)2(s)Mg2+(aq) + 2OH(aq)均达到平衡状态,因此pH基本不变;c(Mg2+) Ⅰ≈Ⅱ>Ⅲ中上述平衡相对逆移,c(OH)减小,pH减小。

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