Question

1．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一系列反應(yīng)構(gòu)成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）要加快上述實驗中氣體產(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、增加鋅粒的比表面積等（答兩種）．
（4）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(xué)設(shè)計了如表一系列實驗．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)容器中，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 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．請完成此實驗設(shè)計，其中：V₁=30mL，V₆=10mL，V₉=17.5mL；
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)加入的CuSO₄溶液超過一定量時，生成的單質(zhì)Cu會沉積在Zn的表面，降低了Zn與溶液的接觸面積．

Answer 1

分析 （1）鋅為活潑金屬，加入硫酸銅發(fā)生Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu，置換出銅；
（2）Cu、Zn、硫酸形成原電池反應(yīng)，鋅失電子作負(fù)極，氫離子在正極得電子；
（3）對于溶液中的化學(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；
（4）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；
②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．

解答 解：（1）鋅為活潑金屬，加入硫酸銅，發(fā)生Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu，此外金屬鋅會和硫酸之間發(fā)生反應(yīng)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，原電池的負(fù)極反應(yīng)為：Zn-2e^-=Zn²⁺，正極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：Zn-2e^-=Zn²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）對于溶液中的化學(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，要加快上述實驗中氣體產(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、增加鋅粒的比表面積等；
（4）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)加入的CuSO₄溶液超過一定量時，生成的單質(zhì)Cu會沉積在Zn的表面，降低了Zn與溶液的接觸面積．

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（4）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．