為更好地利用化學(xué)變化中的物質(zhì)變化和能量變化,在化學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中還需要關(guān)注化學(xué)反應(yīng)的快慢和進(jìn)行程度等。實驗發(fā)現(xiàn),Mg+AgCl濾液反應(yīng)比Mg+H2O反應(yīng)速率快,研究小組對此實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進(jìn)行了探究。
【提出猜想】
猜想一:Cl-鉆入Mg(OH)2膜形成孔徑,增大了Mg和H2O的接觸面積,加快了Mg+H2O的反應(yīng)速率,稱作“離子鉆入效應(yīng)”;
猜想二:在“離子鉆入效應(yīng)”基礎(chǔ)上,Mg置換Ag+形成許多微小的Mg-Ag原電池,使Mg+H2O反應(yīng)速率進(jìn)一步加快。
【實驗設(shè)計】
(1)取表面積和質(zhì)量相同的鎂條(5cm),用濃度分別為1mol/LKCl、0.2mol/LAgNO3、0.2mol/LKNO3溶液,按照下表進(jìn)行系列實驗,若有沉淀,先將沉淀過濾后,將濾液加入裝Mg條的試管,并觀察Mg條表面實驗現(xiàn)象。
實驗序號 |
|
V(KCl)/mL |
V(AgNO3)/mL |
V(KNO3)/mL |
V(H2O)/mL |
實驗現(xiàn)象 |
1 |
/ |
/ |
/ |
5.00 |
微小氣泡附著 |
2 |
4.50 |
0.50 |
/ |
/ |
大量氣泡放出 |
3 |
4.50 |
/ |
/ |
0.50 |
少量氣泡放出 |
4 |
a |
/ |
b |
/ |
少量氣泡放出 |
①根據(jù)表中信息,補充數(shù)據(jù):a=
4.5
4.5
,b=
0.5
0.5
。
②由實驗1和實驗3對比可知:Cl
-有加快Mg+H
2O反應(yīng)速率的作用。
③由實驗和實驗對比可知:Ag
+有加快Mg+H
2O反應(yīng)速率的作用。
【實驗結(jié)論1】猜想一和猜想二成立。
寫出Ag
+的水解離子方程式
Ag++H2O?AgOH+H+
Ag++H2O?AgOH+H+
。
(2)為了進(jìn)一步證明Mg-Ag原電池能加快Mg+H
2O+Cl
-體系中Mg+H
2O的反應(yīng)速率,研究小組利用數(shù)字化實驗進(jìn)行了驗證。
【實驗設(shè)計】選取實驗2和實驗4兩個實驗方案,采集兩個實驗的pH-時間、溫度-時間變化數(shù)據(jù)。實驗數(shù)據(jù)如圖所示:
④由初始pH數(shù)據(jù)可知,曲線
a
a
(填“a”或“b”)表示實驗2的pH-時間變化曲線,請解釋原因
溶液中存在銀離子,銀離子水解使得溶液呈酸性,所以初始階段pH<7
溶液中存在銀離子,銀離子水解使得溶液呈酸性,所以初始階段pH<7
。
⑤在pH=11左右,兩實驗的pH變化都明顯趨于平緩的原因
Mg(OH)2沉淀覆蓋在鎂條表面,阻礙了Mg+H2O的反應(yīng)
Mg(OH)2沉淀覆蓋在鎂條表面,阻礙了Mg+H2O的反應(yīng)
。
⑥對“溫度-時間”曲線分析,在相同反應(yīng)時間內(nèi),
實驗2
實驗2
(填“實驗2”或“實驗4”)放熱更多,因此速率更快。
【實驗結(jié)論2】結(jié)合pH-時間、溫度-時間曲線可知,Mg-Ag原電池能加快Mg+H
2O+Cl
-體系中Mg+H
2O的反應(yīng)速率。