Question

某同學在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實驗中，發(fā)現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)生反應的離子方程式有    ；

（2）為了進一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學設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粒的反應中，收集產生的氣體，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請完成此實驗設計，其中：V₁=   ，V₆=   ，V₉=   ；

②該同學最后得出的結論為：當加入少量CuSO₄溶液時，生成氫氣的速率會大大提高．但當加入的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    ；

（3）改用鋅粉與稀硫酸反應，加入少量硫酸銅溶液后充分振蕩，一段時間剩余少量固體．該同學對固體成分提出下列假設：

假設1：全部為銅；

假設2：   ．

（4）請你設計實驗驗證上述假設1，完成下表內容．

實驗方案（不要求寫具體操作過程）        預期實驗結果和結論

                                        ，

Answer 1

考點：  探究影響化學反應速率的因素．

分析：  （1）鋅較活潑，可與硫酸銅、硫酸等發(fā)生置換反應；

（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與水的體積之和應相等；

②生成的單質Cu會沉積在Zn的表面，影響了反應速率；

（3）Zn置換出Cu，固體中一定有Cu，也可能有剩余的Zn，根據邏輯推理，假設2為Zn和Cu混合物；

（4）根據銅的金屬活動性，不能置換出氫氣，加入稀鹽酸，如無氣泡產生，則假設1成立；反之，不成立．

解答：  解：（1）因為Cu²⁺的氧化性比H⁺的強，所以加入硫酸銅，Zn先跟硫酸銅反應，反應完后再與酸反應，反應的有關方程式為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，化學反應速率加快，

故答案為：CuSO₄與Zn反應產生的Cu與Zn形成CuZn微電池，加快了氫氣產生的速率；

（2）①要對比試驗效果，那么除了反應的物質的量不一樣以外，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，六組反應的總體積也應該相同．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相同，F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，直至硫酸銅反應完才與硫酸反應生成氫氣，硫酸銅量較多時，反應時間較長，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，氫氣生成速率下降，

故答案為：當加入一定量的硫酸銅后，生成的單質銅會沉積在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）根據銅的金屬活動性，不能置換出氫氣，加入稀鹽酸，如無氣泡產生，則假設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）     預期實驗結果和結論

取少量固體于試管中，滴加適量稀鹽酸 若有氣泡產生，假設1不成立；

若無氣泡產生，假設2成立．

．

點評：  本題考查了影響化學反應速率的因素，并且融合了化學實驗，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據；題目難度中等．