Question

20．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(qǐng)回答下列問(wèn)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通過(guò)一系列反應(yīng)構(gòu)成了Cu/Zn原電池，該原電池的電極反應(yīng)式，負(fù)極：Zn-2e^-=Zn²⁺；正極：2H⁺+2e^-=H₂↑
（3）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（答兩種）．
（4）為了進(jìn)一步研究硫酸銅的量對(duì)氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)計(jì)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(gè)盛有過(guò)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(shí)間．

實(shí)驗(yàn) 混合溶液	A	B	C	D	E	F
4mol•L-1 H2SO4/mL-1	30	V1	V2	V3	V4	V5
飽和CuSO4溶液/mL-1	0	0.5	2.5	5	V6	20
H2O/mL-1	V7	V8	V9	V10	10	0

①請(qǐng)完成此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，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(shí)，生成氫氣的速率會(huì)大大提高．但當(dāng)加入的CuSO₄溶液超過(guò)一定量時(shí)，生成氫氣的速率反而會(huì)下降．請(qǐng)分析氫氣生成速率下降的主要原因當(dāng)加入的CuSO₄溶液超過(guò)一定量時(shí)，生成的單質(zhì)Cu會(huì)沉積在Zn的表面，降低了Zn與溶液的接觸面積．

Answer 1

分析 （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)，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
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)，負(fù)極鋅失去電子生成鋅離子，正極氫離子得到電子生成氫氣，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式；
（3）根據(jù)影響反應(yīng)速率的還有濃度、溫度、催化劑以及固體表面積大小等因素分析，
（4）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，則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，據(jù)此進(jìn)行分析；
②硫酸銅量較多時(shí)，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，而且生成的銅會(huì)附著在鋅片上，會(huì)阻礙鋅片與硫酸繼續(xù)反應(yīng)．

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)，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)，負(fù)極鋅失去電子生成鋅離子，電極反應(yīng)式為：Zn-2e^-=Zn²⁺；正極氫離子得到電子生成氫氣，電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑
故答案為：Zn-2e^-=Zn²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）對(duì)于溶液中的化學(xué)反應(yīng)，影響反應(yīng)速率的因素還有濃度、溫度、催化劑以及固體表面積大小等，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、增加鋅粒的表面積等；
（4）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，則每組硫酸的量需要保持相同，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?yàn)殇\會(huì)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(shí)，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，而且生成的銅會(huì)附著在鋅片上，會(huì)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)加入的CuSO₄溶液超過(guò)一定量時(shí)，生成的單質(zhì)Cu會(huì)沉積在Zn的表面，降低了Zn與溶液的接觸面積．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，題目難度中等，明確影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素為解答關(guān)鍵，本題的易錯(cuò)點(diǎn)為（4），V₁、V₆、V₉的判斷需要根據(jù)對(duì)照試驗(yàn)要求分析表中數(shù)據(jù)，最后一問(wèn)應(yīng)該能夠想到“覆蓋”的問(wèn)題．