高中化学化学反应速率的影响因素实验题

咖啡因是一种生物碱（易溶于水及乙醇，熔点234.5℃，100℃以上开始升华），有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%~5%、单宁酸（K _a约为10 ⁻⁴， 易溶于水及乙醇）约3%~10%，还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如下图所示。

索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发，蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒1中，与茶叶末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时，经虹吸管3返回烧瓶，从而实现对茶叶末的连续萃取。回答下列问题：

（1）实验时需将茶叶研细，放入滤纸套筒1中，研细的目的是________，圆底烧瓶中加入95%乙醇为溶剂，加热前还要加几粒________。    

（2）提取过程不可选用明火直接加热，原因是________，与常规的萃取相比，采用索氏提取器的优点是________。    

（3）提取液需经"蒸馏浓缩"除去大部分溶剂，与水相比，乙醇作为萃取剂的优点是________。"蒸发浓缩"需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外，还有________（填标号）。

A．直形冷凝管 B．球形冷凝管C．接收瓶D．烧杯

（4）浓缩液加生石灰的作用是________ 和吸收________    

（5）可采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热，咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结，该分离提纯方法的名称是________。

   

三氯氢硅（ $SiHC{l}_3$ ）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题：   

（1） $SiHC{l}_3$ 在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成 $(HSiO{)}_{2}O$ 等，写出该反应的化学方程式________。    

（2） $SiHC{l}_3$ 在催化剂作用下发生反应：

$2SiHC{l}_3\left(g\right)=Si{H}_{2}C{l}_2\left(g\right)+ SiC{l}_4\left(g\right)$     $\Delta H_1=48kJ·mo{l}^{-1}$

$3Si{H}_{2}C{l}_2\left(g\right)=Si{H}_4\left(g\right)+2SiHC{l}_3\left(g\right)$   $\Delta H_2=-30kJ·mo{l}^{-1}$

则反应 $4SiHC{l}_3\left(g\right)=SiH\left|4\right|\left(g\right)+ 3SiC{l}_4\left(g\right)$ 的 $\Delta H=$ ________ $kJ·mo{l}^{-1}$ 。

（3）对于反应 $2SiHC{l}_3\left(g\right)=Si{H}_{2}C{l}_2\left(g\right)+SiC{l}_4\left(g\right)$ ，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在 $323K$ 和 $343K$ 时 $SiHC{l}_3$ 的转化率随时间变化的结果如图所示。

① $343K$ 时反应的平衡转化率 α=________%。平衡常数 $K_{343K}=$ ________（保留2位小数）。

②在 $343K$ 下：要提高 $SiHC{l}_3$ 转化率，可采取的措施是________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________、________。

③比较a、b处反应速率大小： $v_a$ ________ $v_b$ （填"大于""小于"或"等于"）。反应速率 $v= v_{正}-v_{逆}=k_{正}{x^2}_{{\text{SiHCl}}_{\text{3}}}$ − $k_{逆}{x}_{{\text{SiH}}_{\text{2}}{\text{Cl}}_{\text{2}}}{x}_{{\text{SiCl}}_{\text{4}}}$ ， $k_{正}$ 、 $k_{逆}$ 分别为正、逆向反应速率常数， x为物质的量分数，计算a处 $\frac{v_{正}}{v_{逆}}$ =________（保留1位小数）。

CO₂/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。

（1）CO₂催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO₃溶液（CO₂与KOH溶液反应制得）中通入H₂生成HCOO^﹣，其离子方程式为　　；其他条件不变，HCO₃^﹣转化为HCOO^﹣的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40℃～80℃范围内，HCO₃^﹣催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是　　。

（2）HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示，两电极区间用允许K⁺、H⁺通过的半透膜隔开。

①电池负极电极反应式为　　；放电过程中需补充的物质A为　　（填化学式）。

②如图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O₂的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为　　。

（3）HCOOH催化释氢。在催化剂作用下，HCOOH分解生成CO₂和H₂可能的反应机理如图3所示。

①HCOOD催化释氢反应除生成CO₂外，还生成　　（填化学式）。

②研究发现：其他条件不变时，以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是　　。

实验室由炼钢污泥（简称铁泥，主要成分为铁的氧化物）制备软磁性材料α﹣Fe₂O₃．其主要实验流程如图。

（1）酸浸。用一定浓度的H₂SO₄溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变，实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有　　 （填序号）。

A．适当升高酸浸温度

B．适当加快搅拌速度

C．适当缩短酸浸时间

（2）还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉，使Fe³⁺完全转化为Fe²⁺．“还原”过程中除生成Fe²⁺外，还会生成　　（填化学式）；检验Fe³⁺是否还原完全的实验操作是　　。

（3）除杂。向“还原”后的滤液中加入NH₄F溶液，使Ca²⁺转化为CaF₂沉淀除去。若溶液的pH偏低，将会导致CaF₂沉淀不完全，其原因是　　[K_sp（CaF₂）＝5.3×10^﹣9，K_a（HF）＝6.3×10^﹣4]。

（4）沉铁。将提纯后的FeSO₄溶液与氨水﹣NH₄HCO₃混合溶液反应。生成FeCO₃沉淀。

①生成FeCO₃沉淀的离子方程式为　　。

②设计以FeSO₄溶液、氨水﹣NH₄HCO₃混合溶液为原料，制备FeCO₃的实验方案：　　[FeCO₃沉淀需“洗涤完全”，Fe（OH）₂开始沉淀的pH＝6.5]。