Question

2．某同學(xué)在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實驗中，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）上述實驗中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式有Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu、Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑；
（2）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)計了如下一系列實驗．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)中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時間．

實驗		A	B	C	D	E	F
混 合 溶  液	4mol/LH2SO4/mL	30	V1	V2	V3	V4	V5
	飽和CuSO4/mL	0	0.5	2.5	5	V6	20
	H2O/mL	V7	V8	V9	V10	10	0
時間（min）		15	10	5	3	6	9

①請完成此實驗設(shè)計，其中：V₁=30，V₆=10，V₉=17.5；
②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Zn表面，降低了Zn與溶液接觸的表面，使得氫氣的生成速率反而下降；
（3）改用鋅粉與稀硫酸反應(yīng)，加入少量硫酸銅溶液后充分振蕩，一段時間剩余少量固體．該同學(xué)對固體成分提出下列假設(shè)：
假設(shè)1：全部為銅；
假設(shè)2：既有Zn又有Cu．
（4）請你設(shè)計實驗驗證上述假設(shè)1，完成下表內(nèi)容．

實驗方案（不要求寫具體操作過程）	預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論
	，

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）①為保證實驗有對比性，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，但每組實驗中CuSO₄與水的體積之和應(yīng)相等；
②生成的單質(zhì)Cu會沉積在Zn的表面，影響了反應(yīng)速率；
（3）Zn置換出Cu，固體中一定有Cu，也可能有剩余的Zn，根據(jù)邏輯推理，假設(shè)2為Zn和Cu混合物；
（4）根據(jù)銅的金屬活動性，不能置換出氫氣，加入稀鹽酸，如無氣泡產(chǎn)生，則假設(shè)1成立；反之，不成立．

解答 解：（1）因為Cu²⁺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)，反應(yīng)的有關(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CuZn微電池，加快了氫氣產(chǎn)生的速率；
（2）①要對比試驗效果，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；
②因為鋅會先與硫酸銅反應(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Zn表面，降低了Zn與溶液接觸的表面，使得氫氣的生成速率反而下降；
（3）Zn置換出Cu，固體中一定有Cu，也可能有剩余的Zn；
故答案為：既有Zn又有Cu；
（4）根據(jù)銅的金屬活動性，不能置換出氫氣，加入稀鹽酸，如無氣泡產(chǎn)生，則假設(shè)1成立；反之，不成立；
故答案為：

實驗方案（不要求寫具體操作過程）	預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論
取少量固體于試管中，滴加適量稀鹽酸	若有氣泡產(chǎn)生，假設(shè)1不成立； 若無氣泡產(chǎn)生，假設(shè)2成立．

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點評 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)實驗，形式新穎靈活，本題的易錯點在于第（2）小題，首先V₁、V₆、V₉的求得要注意分析表中數(shù)據(jù)；題目難度中等．