Question

1．“寒假假期”，小兵對“鐵與稀硫酸反應(yīng)快慢的影響因素”進行了探究．
【提出問題】鋅與稀硫酸反應(yīng)的快慢受哪些因素的影響呢？
【猜想與假設(shè)】a可能與硫酸的質(zhì)量分數(shù)有關(guān)；b可能與鋅的形狀有關(guān)．
【設(shè)計并實驗】小兵用不同質(zhì)量分數(shù)的稀硫酸和不同形狀的鋅進行如下實驗．

實驗編號	硫酸的質(zhì)量分數(shù)（均取20mL）	鋅的形狀（均取1g）	氫氣的體積（mL）（均收集3分鐘）
①	20%	鋅粒	31.7
②	20%	鋅片	50.9
③	30%	鋅粒	61.7
④	30%	鋅片	79.9

（1）寫出稀硫酸與鋅反應(yīng)的化學(xué)方程式Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑．
（2）小兵用如圖所示裝置收集并測量氫氣的體積，其中量筒的作用是根據(jù)進入量筒中水的體積，判斷生成氫氣的體積，氫氣應(yīng)從f（填e或f或g）管通入；
【收集證據(jù)】（3）把數(shù)據(jù)羅列表中，據(jù)表分析
【得出結(jié)論】（4）結(jié)論是在相同條件下，硫酸的質(zhì)量分數(shù)越大，反應(yīng)速率越快或鋅與硫酸的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快；．（說一條）
【評價與反思】（5）如表是小兵第①組實驗的詳細數(shù)據(jù)．

時段（均為1分鐘）	第1分鐘	第2分鐘	第3分鐘	第4分鐘	第5分鐘	第6分鐘
H2的體積	3.1mL	16.7mL	11.9mL	9.6mL	7.6mL	6.0mL

請描述鋅與硫酸反應(yīng)的快慢的變化并解釋原因慢到快然后逐漸減慢；因為隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)放出熱量，反應(yīng)速度加快，但隨著硫酸被消耗，硫酸溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變小，反應(yīng)速度又逐漸減慢；．
（6）鋅與硫酸反應(yīng)的快慢可能還受哪些因素影響？溫度（與（7）方案不同）設(shè)計實驗驗證：取質(zhì)量相等的鋅粒分別放入兩只試管中，然后分別加入溫度不同，體積和溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相同的稀硫酸，測量收集等體積的氫氣所需要的時間．
（7）探究影響鋅與稀硫酸反應(yīng)快慢的因素，反應(yīng)過程中，用將10min內(nèi)收集的氫氣體積比較反應(yīng)的快慢，控制其他條件相同，進行下表四組實驗，獲得數(shù)據(jù)如下表．

實驗 編號	試劑		前10min內(nèi)產(chǎn)生的    氫氣體積（mL）
	不同純度的鋅	不同體積和濃度的稀硫酸
a	純鋅	30mL30%	564.3
b	含雜質(zhì)的鋅	30mL30%	634.7
c	純鋅	40mL30%	449.3
d	純鋅	40mL30%	602.8

①比較實驗a和實驗b，可以得到的結(jié)論是含雜質(zhì)的鋅反應(yīng)速率快．
②取13g含雜質(zhì)的鋅進行實驗b，得到的氫氣為2000mL，則該種鋅的質(zhì)量百分數(shù)50%（該條件下，氫氣的密度約為0.1克/升）

Answer 1

分析 （1）稀硫酸與鋅反應(yīng)產(chǎn)生硫酸鋅和氫氣，寫出反應(yīng)的方程式；
（2）為測定所收集氫氣的體積，則需要采用液體等量代換的方式，因此可以選用右圖這樣的裝置，短進長出，讓里面的水等量流到量筒內(nèi)，通過量筒內(nèi)液體的體積判斷收集的氣體的體積；
（3）對比四個實驗，利用控制變量法選擇合適的對比組；
（4）通過不同質(zhì)量分數(shù)的硫酸或不同形狀的鋅的產(chǎn)生氫氣的快慢得出結(jié)論；
（5）根據(jù)表格的數(shù)據(jù)總結(jié)產(chǎn)生的氫氣與時間的關(guān)系；
（6）反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)物接觸面積、有無催化劑等因素常影響化學(xué)反應(yīng)速率，利用控制變量的思想設(shè)計一個因素對反應(yīng)速率的影響．
（7）根據(jù)氫氣的質(zhì)量，利用反應(yīng)的方程式求出鋅的質(zhì)量．

解答 解：
（1）稀硫酸與鋅反應(yīng)產(chǎn)生硫酸鋅和氫氣，反應(yīng)的方程式為：Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）因為氫氣不易溶于水，可以通過壓強的變化利用排水法把水壓入量筒內(nèi)，根據(jù)進入量筒中水的體積，判斷生成氫氣的體積，故進氣管是短管e；
（3）要比較不同質(zhì)量分數(shù)的硫酸對反應(yīng)快慢的影響，其中的鋅的狀態(tài)保持不變，選擇不同質(zhì)量分數(shù)的硫酸，看產(chǎn)生氫氣的快慢，因此可以選擇①③（都是鋅粒）或②④（都是鋅片）；
（4）通過①③（都是鋅粒，硫酸的質(zhì)量分數(shù)不同），可以看出：硫酸的質(zhì)量分數(shù)越大，反應(yīng)速率越快；通過①②（鋅粒和鋅片與質(zhì)量分數(shù)相同的硫酸反應(yīng)）可以看出：鋅與硫酸的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快；
（5）從表格可以看出反應(yīng)由慢到快然后逐漸減慢；因為隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)放出熱量，反應(yīng)速度加快，但隨著硫酸被消耗，硫酸溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變小，反應(yīng)速度又逐漸減慢；
（6）如設(shè)計溫度對反應(yīng)快慢的影響，具體的操作為：取質(zhì)量相等的鋅粒分別放入兩只試管中，然后分別加入溫度不同，體積和溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相同的稀硫酸，測量收集等體積的氫氣所需要的時間．（只要有控制變量的意識即可）
（7）①比較實驗a和實驗b，可以得到的結(jié)論是含雜質(zhì)的鋅反應(yīng)速率快；
②2000mL氫氣的質(zhì)量=2L×0.1g/L=0.2g
設(shè)鋅的質(zhì)量為x
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑．
65             2
x             0.2g
$\frac{65}{x}=\frac{2}{0.2g}$
x=6.5g
該種鋅的質(zhì)量百分數(shù)=$\frac{6.5g}{13g}×$100%=50%
故答案為：
（1）Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑．
（2）根據(jù)進入量筒中水的體積，判斷生成氫氣的體積；f．
（3）①③或②④．
（4）硫酸的質(zhì)量分數(shù)越大，反應(yīng)速率越快或鋅與硫酸的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快．
（5）由慢到快然后逐漸減慢；因為隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)放出熱量，反應(yīng)速度加快，但隨著硫酸被消耗，硫酸溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變小，反應(yīng)速度又逐漸減慢．
（6）溫度；取質(zhì)量相等的鋅粒分別放入兩只試管中，然后分別加入溫度不同，體積和溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相同的稀硫酸，測量收集等體積的氫氣所需要的時間．（只要有控制變量的意識即可）．
（7）①含雜質(zhì)的鋅反應(yīng)速率快；②50%．

點評 本題以影響產(chǎn)生氫氣的反應(yīng)速率為實驗探究的形式考查了反應(yīng)物濃度、顆粒的大小、反應(yīng)溫度等因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，重點在于培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力，注意控制變量的運用．