Question

4．理科實(shí)驗(yàn)操作考試中，小明同學(xué)在做鋁和稀鹽酸反應(yīng)時(shí)無(wú)意中加入幾滴硫酸銅溶液，發(fā)現(xiàn)鋁片表面產(chǎn)生氣泡速率明顯增快，對(duì)此他產(chǎn)生了興趣．
【提出問(wèn)題】硫酸銅溶液是不是此反應(yīng)的催化劑？硫酸銅溶液的體積對(duì)此實(shí)驗(yàn)有影響嗎？
【設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)】室溫下，小明將過(guò)量、表面積相同已打磨的鋁片分別加入到6份30mL10%稀鹽酸中，并在每份中加入不同體積的硫酸銅飽和溶液，記錄獲得相同體積氫氣的時(shí)間，從而確定產(chǎn)生氫氣的速率．

實(shí)驗(yàn)混合溶液	1	2	3	4	5	6
飽和CuSO4溶液/mL	0	0.5	2.5	5	10	20
水/mL	20	19.5	17.5	V	10	0

（1）上述表格中V=15．
（2）寫出鋁和稀鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑．
（3）定量收集氫氣體積可用如圖c（填寫字母序號(hào)）裝置．

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】隨著硫酸銅溶液體積的增加，產(chǎn)生氫氣的速率先加快后明顯減慢，且鋁片表面附著的紅色物質(zhì)逐漸增加．
【結(jié)論與解釋】
（4）隨著硫酸銅溶液體積的增加，反應(yīng)速率明顯變慢可能的原因是部分鋁和硫酸銅溶液發(fā)生了置換反應(yīng)．
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象小明認(rèn)為硫酸銅溶液不是此反應(yīng)的催化劑，其原因是硫酸銅質(zhì)量發(fā)生了改變且和鋁發(fā)生了反應(yīng)．
【實(shí)驗(yàn)反思】加速鋁和稀鹽酸反應(yīng)速率還可以采取的措施是提高溫度，增大鹽酸濃度等（寫出一點(diǎn)）．
【實(shí)驗(yàn)拓展】根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，小明認(rèn)為是鹽中的金屬離子影響了鋁和稀鹽酸的反應(yīng)速率；為了研究不同金屬離子對(duì)反應(yīng)的影響，小明同學(xué)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，取過(guò)量表面積相同的鋁片和30mL10%稀鹽酸混合后加入不同的鹽溶液，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如表（加號(hào)越多，代表反應(yīng)速率越快）：

	實(shí)驗(yàn)1	實(shí)驗(yàn)2	實(shí)驗(yàn)3	實(shí)驗(yàn)4	實(shí)驗(yàn)5
加入試劑0.5mL	水	5%NaCl溶液	5%Mg2（NO）3溶液	5%FeSO4溶液	5%CuSO4溶液
產(chǎn)生氣泡速率	+	+	+	++	+++

（6）如表中，用水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的是進(jìn)行對(duì)照；
（7）上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存有缺陷，該缺陷是；改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后，仍符合上表中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可得到的結(jié)論是：
①Na⁺、Mg²⁺對(duì)實(shí)驗(yàn)效果沒有明顯效果；
②Fe²⁺、Cu²⁺能加快鋁和稀鹽酸反應(yīng)的速率，且Cu²⁺效果最好．

Answer 1

分析 （1）為保證實(shí)驗(yàn)有對(duì)比性，只能逐漸改變一個(gè)變量分析，CuSO₄溶液體積逐漸增多，故鹽酸的量應(yīng)相等均為30mL，水的量減小，但每組實(shí)驗(yàn)中CuSO₄與水的體積之和應(yīng)相等；
（2）根據(jù)鋁和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和氫氣解答；
（3）根據(jù)氫氣的密度比水的小解答；
（4）根據(jù)鋁比銅活潑，部分鋁和硫酸銅溶液發(fā)生了置換反應(yīng)解答；
（5）根據(jù)催化劑的定義解答；
【實(shí)驗(yàn)反思】根據(jù)加速鋁和稀鹽酸反應(yīng)速率的措施解答；
（6）根據(jù)用水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的是對(duì)比解答；
（7）根據(jù)鋁化學(xué)性質(zhì)活潑，表面有一層氧化膜解答；根據(jù)表中現(xiàn)象分析解答．

解答 解：（1）要對(duì)比試驗(yàn)效果，除了反應(yīng)的物質(zhì)的量不一樣以外，要保證其它條件相同，而且是探究硫酸銅量的影響，每組鹽酸的量要保持相同，六組反應(yīng)的總體積也應(yīng)該相同，而硫酸銅溶液和水的總量應(yīng)相同，第1組中硫酸銅0mL，水為20，那么總量為20mL，則V=20mL-5mL=15mL；
（2）鋁和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑．
（3）氫氣的密度比水的小，從短管進(jìn)，水被從長(zhǎng)管排出，故定量收集氫氣體積可用如圖c裝置．
（4）鋁比銅活潑，部分鋁和硫酸銅溶液發(fā)生了置換反應(yīng)，隨著硫酸銅溶液體積的增加，反應(yīng)速率明顯變慢；
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象小明認(rèn)為硫酸銅溶液不是此反應(yīng)的催化劑，其原因是硫酸銅質(zhì)量發(fā)生了改變且和鋁發(fā)生了反應(yīng)；
【實(shí)驗(yàn)反思】加速鋁和稀鹽酸反應(yīng)速率還可以采取的措施是提高溫度，增大鹽酸濃度等；
（6）用水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的是進(jìn)行對(duì)照；
（7）鋁化學(xué)性質(zhì)活潑，表面有一層氧化膜，上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存有缺陷，該缺陷是鋁片未經(jīng)過(guò)表面打磨；改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后，仍符合上表中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可得到的結(jié)論是：①Na⁺、Mg²⁺ 對(duì)實(shí)驗(yàn)效果沒有明顯效果；②Fe²⁺、Cu²⁺能加快鋁和稀鹽酸反應(yīng)的速率，且Cu²⁺ 效果最好．
答案：
（1）15；
（2）2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑；
（3）c；
（4）部分鋁和硫酸銅溶液發(fā)生了置換反應(yīng)；
（5）硫酸銅質(zhì)量發(fā)生了改變且和鋁發(fā)生了反應(yīng)；
【實(shí)驗(yàn)反思】提高溫度，增大鹽酸濃度等；
（6）進(jìn)行對(duì)照；
（7）鋁片未經(jīng)過(guò)表面打磨；Na⁺、Mg²⁺ 對(duì)實(shí)驗(yàn)效果沒有明顯效果；Fe²⁺、Cu²⁺能加快鋁和稀鹽酸反應(yīng)的速率，且Cu²⁺ 效果最好．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，并且融合了化學(xué)實(shí)驗(yàn)，形式新穎靈活，培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)比能力、提取信息的能力，注意控制變量的使用．