Question

10．資料顯示不同濃度的硫酸與鋅反應(yīng)，硫酸可以被還原為SO₂，也可能被還原為H₂，為了驗證這一事實．某同學(xué)擬用如圖裝置進行試驗（實驗中氣體體積均按標(biāo)況處理）．

（1）若在燒瓶中放入1.30g鋅粒，與c mol/L H₂SO₄反應(yīng)，為保證實驗結(jié)論的可靠，在洗氣瓶中加入1mol/LNaOH溶液的體積≥20mL，量氣管的適宜規(guī)格是500mL（選填：200mL，400mL，500mL ）．
（2）若1.30g鋅粒完全溶解，氫氧化鈉洗氣瓶增重l.28g，則燒瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Zn+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O
（3）若燒瓶中投入ag鋅且完全反應(yīng)，氫氧化鈉洗氣瓶增重b g．量氣瓶中收集到VmL（標(biāo)況）氣體，則依據(jù)電子得失守恒：a、b、V 三者建立的等式關(guān)系可表示為：$\frac{a}{65}$=$\frac{64}$+$\frac{V}{22400}$．
（4）若在燒瓶中投入d g鋅，加入一定量的c mol/L 濃硫酸V L，充分反應(yīng)后鋅有剩余，測得氫氧化鈉洗氣瓶增重mg，則整個實驗過程產(chǎn)生的氣體中，$\frac{n（{H}_{2}）}{n（S{O}_{2}）}$=$\frac{64CV-2m}{m}$   （用含字母的代數(shù)式表示，不必化簡）．

Answer 1

分析 （1）氫氧化鈉吸收二氧化硫，為保證實驗結(jié)論的可靠，在洗氣瓶中加入1mol/L NaOH溶液除去二氧化硫，根據(jù)鋅的質(zhì)量計算生成氣體的體積，從而確定量氣管的適宜規(guī)格；
（2）氫氧化鈉是堿，能吸收酸性氣體，氫氧化鈉洗氣瓶增重說明有酸性氣體生成，當(dāng)鋅和硫酸反應(yīng)時，鋅作還原劑，硫酸作氧化劑，被還原為二氧化硫，據(jù)此寫出相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式；
（3）根據(jù)氧化還原反應(yīng)的特點分析，氧化還原反應(yīng)中氧化劑得到的電子等于還原劑失去的電子，據(jù)此守恒列式計算；
（4）根據(jù)氫氧化鈉洗氣瓶增重的量求出反應(yīng)的硫酸的物質(zhì)的量，硫酸總量減去生成二氧化硫需要的硫酸的量即為生成氫氣的硫酸的量，繼而求出生成氣體的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）為保證實驗結(jié)論的可靠，在洗氣瓶中加入1mol/L NaOH溶液除去二氧化硫，
    Zn+2H₂SO₄（濃）=ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O
      1                                        1
$\frac{1.30g}{65g/mol}$                             0.02mol
   SO₂ +NaOH=NaHSO₃；
0.02mol   0.02mol
需要1mol/L NaOH溶液的體積最少為$\frac{0.02mol}{1mol/L}$=0.02L，即V≥20ml；
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
1mol                        22.4L
$\frac{1.30g}{65g/mol}$              0.448L
0.448L=448mL，故選500ml的量筒，
故答案為：20；500；
（2）氫氧化鈉是堿，能吸收酸性氣體，氫氧化鈉洗氣瓶增重說明有酸性氣體生成，當(dāng)鋅和硫酸反應(yīng)時，鋅作還原劑，硫酸作氧化劑，被還原為二氧化硫，由（1）計算可知，1.30g鋅和硫酸反應(yīng)若只生成二氧化硫，共生成0.02mol，質(zhì)量為0.02mol×64g/mol=1.28g，和氫氧化鈉增重吻合，故發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Zn+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：Zn+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（3）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等列出式子．若燒瓶中投入a g鋅且完全反應(yīng)，氫氧化鈉洗氣瓶增重b g，量氣瓶中收集到Vml氣體，
則依據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式：Zn+2H₂SO₄（濃）=ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，
由電子守恒列式計算有：ag/65g•mol^-1×2=bg/64g•mol^-1×2+V ml/22400ml•mol^-1×2得到$\frac{a}{65}$=$\frac{64}$+$\frac{V}{22400}$，
故答案為：$\frac{a}{65}$=$\frac{64}$+$\frac{V}{22400}$；
（4）若在燒瓶中投入d g鋅，加入一定量的c mol/L 濃硫酸V L，充分反應(yīng)后鋅有剩余，測得氫氧化鈉洗氣瓶增重mg，
Zn+2H₂SO₄（濃）=ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O
        2mol                          1mol
        $\frac{m}{32}$mol                       $\frac{m}{64}$mol
生成二氧化硫需要的硫酸為$\frac{m}{32}$mol；
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
       1mol                1mol
（CV-$\frac{m}{32}$）mol （CV-$\frac{m}{32}$）mol
$\frac{n（{H}_{2}）}{n（S{O}_{2}）}$=$\frac{CV-\frac{m}{32}}{\frac{m}{64}}$=$\frac{64CV-2m}{m}$，
故答案為：$\frac{64CV-2m}{m}$．

點評 本題考查了排氣量氣裝置，要注意的是鋅和硫酸的反應(yīng)，硫酸濃度不同時，鋅和硫酸反應(yīng)的生成物不同，表現(xiàn)氧化性的元素也不同，題目難度中等，計算較多，注意注意把握實驗原理和守恒原理的應(yīng)用．