Question

19．教材回顧：相同條件下，金屬單質(zhì)活動性越強，其與酸溶液發(fā)生反應越劇烈．
化學學習小組在老師的幫助下對金屬與稀硫酸反應情況的進行深入的實驗探究．

[實驗探究一]影響金屬鋅與稀硫酸反應劇烈程度的因素有哪些？
[作出猜想]小芳同學：金屬鋅的形狀可能影響反應劇烈程度．
小華同學：稀硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)可能影響反應劇烈程度．
（1）鋅與稀硫酸反應的化學方程式為Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑．
（2）反應劇烈程度體現(xiàn)在單位時間內(nèi)反應得到氫氣體積的大�。�利用如圖1的儀器可以組裝一套實驗室測量取氫氣體積的裝置，該裝置導管的連接順序是a→b→c→d．其中量筒的作用是由量筒內(nèi)水的體積讀出氣體的體積．
[實驗驗證]某化學課外小組的同學用不同濃度的硫酸和不同形狀的鋅進行以下四組實驗．

實驗編號	硫酸的濃度 （均取20mL）	鋅的形狀 （均取1g）	氫氣的體積（mL） （均收集3min）
①	20%	大顆粒	31.7
②	20%	小顆粒	50.9
③	30%	大顆粒	61.7
④	30%	小顆粒	79.9

（3）要比較不同濃度的硫酸對反應快慢的影響，應選擇的實驗編號是①③或②④（填一種）．
（4）比較實驗①和②，可以得到的結(jié)論是鋅與硫酸的接觸面積越大，反應速率越快．
（5）該小組同學進行第①組實驗的詳細數(shù)據(jù)如表所示：

時段	第1min	第2min	第3min	第4min	第5min	第6min
H2的體積	3.1mL	16.7mL	11.9mL	9.6mL	7.6mL	6.0mL

①鋅與稀硫酸的反應一開始逐漸變快，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因是該反應是放熱（填“放熱”“吸熱”）反應，由此猜想化學反應劇烈程度還與溫度有關(guān)．
②鋅與稀硫酸反應第2min后開始變慢的主要原因隨著硫酸被消耗，硫酸溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變小，反應速度又逐漸減慢．
[實驗探究二]如何測定鋅粒（雜質(zhì)不與稀硫酸反應）中鋅的質(zhì)量分數(shù)？
（6）提出問題：利用實驗探究一的裝置進行實驗測出的氣體體積偏大，原因是測量出的體積實際為反應產(chǎn)生氫氣的體積與錐形瓶中原有的空氣之和．
（7）針對上述問題，同學們對實驗裝置進行改進：利用如圖2裝置（固定儀器的裝置已略）進行實驗，可準確地測量氫氣體積．
在讀取量氣管中液面讀數(shù)的過程中，應注意AC（填字母編號）．
A．讀數(shù)前應上下移動水準管，待兩管液面相平再讀數(shù)
B．保持水準管靜止，待水準管中液面不再上升時再讀數(shù)
C．讀數(shù)時視線與凹液面最低處相平
（8）當裝置恢復至常溫時，測得反應生成氫氣的體積為280mL（氫氣的密度為0.09g/L）．根據(jù)化學方程式計算，鋅粒（雜質(zhì)不與稀硫酸反應）中鋅的質(zhì)量分數(shù)為80%．
[拓展應用]如何回收硫酸鋅？
將實驗探究一和二的反應殘留液放于燒杯中按如圖3所示實驗操作流程回收硫酸鋅，
請回答：
（9）加入一定量的鋅粒以除去殘留液中過量的稀硫酸，當觀察到不再有氣泡生成（填實驗現(xiàn)象），則稀硫酸已完全反應．
（10）操作a是過濾（填操作名稱）．操作a中玻璃棒的作用是引流．
[歸納提升]利用金屬與稀硫酸的反應情況來比較鎂和鋅的金屬活動性強弱．
（11）設計實驗方案：把表面積相等的鎂和鋅放到等質(zhì)量、等質(zhì)量分數(shù)的稀硫酸中，觀察金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應物、生成物、反應條件及其質(zhì)量守恒定律可以書寫反應的化學方程式；
（2）根據(jù)實驗的目的和裝置的特點分析連接的順序；
（3）根據(jù)對比試驗要確定好常量和變量進行分析；
（4）通過不同質(zhì)量分數(shù)的硫酸或不同形狀的鋅的產(chǎn)生氫氣的快慢得出結(jié)論；
（5）根據(jù)表格的數(shù)據(jù)總結(jié)產(chǎn)生的氫氣與時間的關(guān)系；
（6）了解利用該裝置測得反應生成氣體體積偏大的最主要原因；
（7）測量氫氣體積時，為了使測量更為準確，要注意上下移動水準管，使左右兩管的液面相平，以使量氣管中的氣壓與大氣氣壓相等，讀數(shù)時視線應與左管內(nèi)凹液面最低處相平，以減少觀察誤差；
（8）依據(jù)鋅粒與稀硫酸反應生成氫氣進行分析解答；
（9）根據(jù)鋅粒與稀硫酸反應生成氫氣進行分析；
（10）根據(jù)過濾進行分析；
（11）由金屬活動性順序：排在氫前面的金屬可置換出酸中的氫，且金屬的活動性越強，反應速度越快．

解答 解：（1）鋅和稀硫酸反應生成硫酸鋅和氫氣，反應的化學方程式為：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；
故填：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；
（2）實驗室要測量取氫氣體積，應將A裝置制得的氣體排出，再連接bc，再連接進入到量筒內(nèi)，由量筒內(nèi)水的體積讀出氣體的體積．所以，該裝置導管的連接順序是：a接b接c接d，量筒的作用是由量筒內(nèi)水的體積讀出氣體的體積；故填：b；c；由量筒內(nèi)水的體積讀出氣體的體積；
（3）比較不同濃度的硫酸對反應快慢的影響時，鋅的質(zhì)量和形狀要完全一樣，應選擇的實驗編號是①③或②④；故填：①③或②④；
（4）通過①②（鋅粒的顆粒大小不同，與質(zhì)量分數(shù)相同的硫酸反應）可以看出：鋅與硫酸的接觸面積越大，反應速率越快；故填：鋅與硫酸的接觸面積越大，反應速率越快；
（5）①從表格可以看出反應由慢到快然后逐漸減慢；因為隨著反應的進行，反應放出熱量，反應速度加快，由此猜想化學反應劇烈程度還與溫度有關(guān)；
②但隨著硫酸被消耗，硫酸溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變小，反應速度又逐漸減慢；
故填：①放熱；溫度；
②隨著硫酸被消耗，硫酸溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變小，反應速度又逐漸減慢；
（6）了解利用該裝置測得反應生成氣體體積偏大的最主要原因：錐形瓶中原有的空氣混入制取的氣體中，故填：錐形瓶中原有的空氣；
（7）為了準確地測量氫氣體積，在讀取量氣管中液面讀數(shù)的過程中，應注意：讀數(shù)時，要注意視線應于量氣管凹液面的最低處保持水平；每次讀數(shù)前應上下移動水準管，待兩管液面相平再讀數(shù)是為了防止水的壓強造成的誤差；故選AC；
（8）解：設鋅的質(zhì)量為x
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
65            2
x     0.09 g/L×0.28 L      

$\frac{65}{2}$=$\frac{x}{0.09g/L×0.28L}$    解得X≈0.8 g                  
鋅粒中鋅的質(zhì)量分數(shù)：$\frac{0.8g}{1g}$×100%=80.0%                
故填：80.0%；
（9）加入一定量的鋅粒以除去殘留液中過量的稀硫酸，當不再有氣泡生成，則稀硫酸完全反應，故填：不再有氣泡生成；
（10）操作a是過濾，玻璃棒的作用是引流，故填：過濾；引流；
（11）鎂和鋅都能與稀硫酸反應，反應時活動性強的鎂比活動性弱的鋅鐵反應劇烈，所以把表面積相等的鎂和鋅放到等質(zhì)量、等質(zhì)量分數(shù)的稀硫酸中，觀察金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢，故填：把表面積相等的鎂和鋅放到等質(zhì)量、等質(zhì)量分數(shù)的稀硫酸中，觀察金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢．

點評 本題考查了鋅和稀硫酸的反應，綜合性很強，有一定難度，需認真理解．