Question

14．某同學(xué)在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率．請回答下列問題：
（1）上述實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式有Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是CuSO₄與Zn反應(yīng)產(chǎn)生的Cu與Zn形成Cu-Zn-稀硫酸原電池，加快了氫氣產(chǎn)生的速率；
（3）實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有Na₂SO₄、MgSO₄、Ag₂SO₄、K₂SO₄等4中溶液，可與實(shí)驗(yàn)中CuSO₄溶液起相似作用的是Ag₂SO₄；
（4）要加快上述實(shí)驗(yàn)中氣體產(chǎn)生的速率，還可采取的措施有升高反應(yīng)溫度、適當(dāng)增加硫酸的濃度、增加鋅粒的表面積；
（5）為了進(jìn)一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)計了如下一系列實(shí)驗(yàn)．將表中所給的混合溶液分別加入到6個盛有過量Zn粒的反應(yīng)瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時間．

實(shí)驗(yàn) 混合溶液	A	B	C	D	E	F
4mol/L  H2SO4/mL	30	V1	V2	V3	V4	V5
飽和CuSO4溶液/mL	0	0.5	2.5	5	V6	20
H2O/mL	V7	V8	V9	V10	10	0

①請完成此實(shí)驗(yàn)設(shè)計，其中：V₁=30，V₆=10，V₉=17.5；
②反應(yīng)一段時間后，實(shí)驗(yàn)A中的金屬呈灰黑色色，實(shí)驗(yàn)E中的金屬呈紫紅色色；
③該同學(xué)最后得出的結(jié)論為：當(dāng)加入少量CuSO₄溶液時，生成氫氣的速率會大大提高．但當(dāng)加入的CuSO₄溶液超過一定量時，生成氫氣的速率反而會下降．請分析氫氣生成速率下降的主要原因當(dāng)加入一定量的硫酸銅后，生成的單質(zhì)銅會沉積在鋅的表面，降低了鋅與溶液的接觸面積．

Answer 1

分析 （1）鋅較活潑，可與硫酸銅、硫酸等發(fā)生置換反應(yīng)；
（2）硫酸銅溶液加快氫氣生成的速率，原因是形成原電池；
（3）在幾種溶液中，只有銀能被鋅置換出來；
（4）影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素有溫度、濃度、接觸面積等；
（5）①為保證實(shí)驗(yàn)有對比性，只能逐漸改變一個變量分析，CuSO₄溶液體積逐漸增多，故H₂SO₄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鋅與硫酸反應(yīng)使鋅的表面凹凸不平，有很多細(xì)小的鋅的顆粒，由于顆粒很小，光被完全吸收，所以看到的固體是灰黑色；Zn能夠置換出Cu，出現(xiàn)紫紅色；
③生成的單質(zhì)Cu會沉積在Zn的表面，影響了反應(yīng)速率．

解答 解：（1）因?yàn)镃u²⁺的氧化性比H⁺的強(qiáng)，所以加入硫酸銅，Zn先跟硫酸銅反應(yīng)，反應(yīng)完后再與酸反應(yīng)，有關(guān)方程式為Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，
故答案為：Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）鋅為活潑金屬，加入硫酸銅，發(fā)生Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu，置換出銅，與鋅形成原電池反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，
故答案為：CuSO₄與Zn反應(yīng)產(chǎn)生的Cu與Zn形成Cu-Zn-稀硫酸原電池，加快了氫氣產(chǎn)生的速率；
（3）在幾種溶液中，只有銀能被鋅置換出來，所以與CuSO₄溶液起相似作用的是Ag₂SO₄溶液，
故答案為：Ag₂SO₄；
（4）要加快上述實(shí)驗(yàn)中氣體產(chǎn)生的速率，還可采取的措施有：升高反應(yīng)溫度、適當(dāng)增加硫酸的濃度、增加鋅粒的表面積等，
故答案為：升高反應(yīng)溫度、適當(dāng)增加硫酸的濃度、增加鋅粒的表面積；
（5）①要對比試驗(yàn)效果，那么除了反應(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，那么每組硫酸的量要保持相同，六組反應(yīng)的總體積也應(yīng)該相同．A組中硫酸為30ml，那么其它組硫酸量也都為30ml．而硫酸銅溶液和水的總量應(yīng)相同，F(xiàn)組中硫酸銅20ml，水為0，那么總量為20ml，所以V₆=10ml，V₉=17.5ml，V₁=30ml，
故答案為：30；10；17.5；
②A中沒有加入硫酸銅，鋅與稀硫酸反應(yīng)后，鋅的表面凹凸不平，有很多細(xì)小的鋅的顆粒，由于顆粒很小，光被完全吸收，所以看到的固體是灰黑色；Zn能夠置換出Cu附著在Zn表面，金屬變?yōu)樽霞t色，
故答案為：灰黑色；紫紅色；
③因?yàn)殇\會先與硫酸銅反應(yīng)，直至硫酸銅反應(yīng)完才與硫酸反應(yīng)生成氫氣，硫酸銅量較多時，反應(yīng)時間較長，而且生成的銅會附著在鋅片上，會阻礙鋅片與硫酸繼續(xù)反應(yīng)，氫氣生成速率下降，
故答案為：當(dāng)加入一定量的硫酸銅后，生成的單質(zhì)銅會沉積在鋅的表面，降低了鋅與溶液的接觸面積．

點(diǎn)評 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，本題的易錯點(diǎn)在于第（5）小題，首先V₁、V₆、V₉的求得要注意分析表中數(shù)據(jù)；最后一問應(yīng)該能夠想到“覆蓋”的問題，題目難度中等．