Question

4．足量鋅與濃H₂SO₄充分在加熱下反應(yīng)生成會SO₂和H₂的混合氣體；鋅和稀硫酸反應(yīng)只有H₂生成．現(xiàn)有甲乙兩研究小組分別實驗探究：
（1）甲研究小組按圖1實驗驗證鋅與濃硫酸反應(yīng)生成物中SO₂和H₂，取少量的Zn置于b中，向a中加入100mL18.5mol•L^-1的濃硫酸，經(jīng)過一段時間反應(yīng)，Zn完全溶解

①填寫儀器名稱：a分液漏斗、b圓底燒瓶
②寫出裝置A中生成能使品紅溶液褪色的化學(xué)反應(yīng)方程式：Zn+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+2H₂O+SO₂↑．
③裝置D中加入的試劑是濃硫酸．
④U型管G的作用為防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入干燥管影響雜質(zhì)氣體的檢驗，干擾實驗．
⑤有同學(xué)認(rèn)為A、B間應(yīng)增加圖中的甲裝置，該裝置的作用為防止倒吸．
⑥證明反應(yīng)生成SO₂和H₂的實驗現(xiàn)象是B中品紅褪色，E中有紅色物質(zhì)生成且F中的無水硫酸銅變藍(lán)．
⑦若A中生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體33.6L，將A反應(yīng)后的溶液稀釋到1L，測得溶液中H⁺的濃度為0.1mol•L^-1，則稀釋液中SO₄^2-的物質(zhì)的量濃度是1.55 mol•L^-1．
（2）乙研究小組為了探究鋅與稀硫酸反應(yīng)過程中的速率及能量的變化，進(jìn)行圖2所示實驗，分析影響反應(yīng)速率的因素．
實驗時，從斷開K開始，每間隔1分鐘，交替斷開或閉合K，并連續(xù)計數(shù)每1 分鐘內(nèi)從a管流出的水滴數(shù)，得到的水滴數(shù)如表所示：

1分鐘水滴數(shù)（斷開K）	34	59	86	117	…	102
1分鐘水滴數(shù)（閉合K）	58	81	112	139	…	78

分析反應(yīng)過程中的水滴數(shù)，請回答：
①由水滴數(shù)58＞34、81＞59，說明在反應(yīng)初期，閉合K時比斷開K時的反應(yīng)速率快，主要原因是形成原電池反應(yīng)速度快．
②由水滴數(shù)102＞78，說明在反應(yīng)后期，斷開K時的反應(yīng)速率快于閉合K時的反應(yīng)速率，主要原因是斷開K時，溶液中的c（H⁺）大于閉合K時溶液中的c（H⁺），c（H⁺）的影響是主要因素．
③從能量轉(zhuǎn)換形式不同的角度，分析水滴數(shù)86＞81、117＞112的主要原因是：斷開K時，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成熱能；閉合K時，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成電能，前者使溶液的溫度升得更高是主要影響因素，故反應(yīng)速率更快．

Answer 1

分析 （1）A是制取氣體的裝置，制備的氣體中有二氧化硫、氫氣、水蒸汽，B裝置是除去二氧化硫，可以用氫氧化鈉等堿液吸收；C裝置是檢驗二氧化硫是否除盡，D裝置是濃硫酸，吸水干燥作用；E裝置是用還原性氣體還原氧化銅，F(xiàn)裝置無水硫酸銅，檢驗是否有水生成；G是防止空氣中H₂O進(jìn)入干燥管而影響雜質(zhì)氣體的檢驗，
①結(jié)合儀器圖形和作用得到名稱；
②裝置A中生成能使品紅溶液褪色的氣體為二氧化硫，是鋅和濃硫酸反應(yīng)得到硫酸鋅、二氧化硫和水；
③是對氣體進(jìn)行干燥的試劑為濃硫酸；
④G是防止空氣中H₂O進(jìn)入干燥管而影響雜質(zhì)氣體的檢驗；
⑤A、B間應(yīng)增加圖中的甲裝置是安全瓶；
⑥B裝置是檢驗二氧化硫，B中品紅褪色，證明反應(yīng)生成SO₂；E裝置是用還原性氣體還原氧化銅，F(xiàn)裝置無水硫酸銅，檢驗是否有水生成；
⑦反應(yīng)后的溶液稀釋到1L，測得氫離子濃度為0.1mol/L，稀釋后硫酸的濃度為0.05mol/L，反應(yīng)剩余的硫酸為0.05mol×1L=0.05mol，則反應(yīng)后溶液中硫酸的物質(zhì)的量濃度為$\frac{0.05mol×1L}{0.1L}$=0.5mol/L，為稀硫酸，故發(fā)生反應(yīng)：Zn+2H₂SO₄=ZnSO₄+SO₂↑+H₂O、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，生成的氣體為SO₂、H₂混合氣體，
令混合氣體中SO₂、H₂的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)二者體積與消耗硫酸的物質(zhì)的量列方程，據(jù)此計算解答；
（2）②根據(jù)氫離子濃度大小與速率的關(guān)系分析；
③斷開K時，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成熱能，閉合K時，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成電能，根據(jù)溫度對速率的影響分析．

解答 解：（1）①裝置圖中儀器a為分液漏斗，b為圓底燒瓶，
故答案為：分液漏斗；圓底燒瓶；
②裝置A中生成能使品紅溶液褪色的氣體為二氧化硫，是鋅和濃硫酸反應(yīng)得到硫酸鋅、二氧化硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Zn+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+2H₂O+SO₂↑，
故答案為：Zn+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+2H₂O+SO₂↑；    
 ③D裝置是濃硫酸，吸水干燥作用，
故答案為：濃硫酸；
④G裝置中的堿石灰是防止空氣中H₂O進(jìn)入干燥管而影響雜質(zhì)氣體的檢驗，干擾實驗，
故答案為：防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入干燥管影響雜質(zhì)氣體的檢驗，干擾實驗；
 ⑤A、B間應(yīng)增加圖中的甲裝置，是為了防止B裝置中的液體倒吸，
故答案為：防止倒吸；
⑥B裝置是檢驗二氧化硫，B中品紅褪色，證明反應(yīng)生成SO₂；E裝置是用還原性氣體還原氧化銅，F(xiàn)裝置無水硫酸銅，檢驗是否有水生成，只要黑色變紅色，無水硫酸銅變藍(lán)色，證明反應(yīng)生成氫氣；
故答案為：B中品紅褪色，E中有紅色物質(zhì)生成且F中的無水硫酸銅變藍(lán)；
⑦反應(yīng)后的溶液稀釋到1L，氫離子濃度為0.1mol/L，稀釋后硫酸的濃度為0.05mol/L，則反應(yīng)后溶液中硫酸的物質(zhì)的量濃度為$\frac{0.05mol×1L}{0.1L}$=0.5mol/L，為稀硫酸，故發(fā)生反應(yīng)：Zn+2H₂SO₄=ZnSO₄+SO₂↑+H₂O、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，生成的氣體為SO₂、H₂混合氣體，物質(zhì)的量為=$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，
參加反應(yīng)的n（H₂SO₄）=0.1L×18.5mol/L-0.05mol×1L=1.8mol，
令混合氣體中SO₂、H₂的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則：
Zn+2H₂SO₄（濃）=ZnSO₄+SO₂↑+H₂O
x       2x                              x
Zn+H₂SO₄（�。�=ZnSO₄+H₂↑
y       y                               y
x+y=1.5
2x+y=1.8
解之得 x=0.3，y=1.2
根據(jù)原子守恒反應(yīng)后溶液中SO₄^2- 為n_濃硫酸-n（SO₂）=0.1L×18.5mol/L-0.3mol=1.55mol，
故答案為：1.55；
（2）②由于反應(yīng)前期形成原電池反應(yīng)速率快，氫離子消耗的多，則在后期，閉合K時溶液中氫離子濃度小，氫離子濃度越小反應(yīng)速率越小，斷開K時，溶液中的c（H⁺）大于閉合K時溶液中的c（H⁺），所以在反應(yīng)后期，斷開K時的反應(yīng)速率快于閉合K時的反應(yīng)速率；
故答案為：斷開K時，溶液中的c（H⁺）大于閉合K時溶液中的c（H⁺），c（H⁺）的影響是主要因素；
③斷開K時，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成熱能，閉合K時，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成電能，則隨著反應(yīng)進(jìn)行，斷開K時，放出的熱量使溶液的溫度升高，溫度越高反應(yīng)速率越快；
故答案為：斷開K時，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成熱能；閉合K時，反應(yīng)的化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化成電能，前者使溶液的溫度升得更高是主要影響因素，故反應(yīng)速率更快．

點評 本題是實驗探究題、原電池原理的應(yīng)用、影響速率的因素等，既有氣體的制取又有氣體的除雜和氣體的吸收，還有氣體的檢驗，綜合性比較強(qiáng)，注意實驗原理的掌握，題目難度中等．