Question

12．某學(xué)習(xí)小組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．為了進(jìn)一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該小組同學(xué)開始了實(shí)驗(yàn)探究．
（1）實(shí)驗(yàn)方案：將表中所給的混合溶液分別加入到6個(gè)盛有過量Zn粒的錐形瓶中，收集產(chǎn)生的氣體．記錄單位時(shí)間氫氣產(chǎn)生的體積．

實(shí)驗(yàn)混合溶液	A	B	C	D	E	F
4mol/LH2SO4/mL	30	V1	V2	V3	V4	V5
飽和CuSO4溶/mL	0	0.5	2.5	5	V6	20
H2O/mL	V7	V8	V9	V10	10	0

其中：V₁=30，V₆=10，V₉=17.5；
（2）實(shí)驗(yàn)裝置：甲同學(xué)擬選用圖1實(shí)驗(yàn)裝置完成實(shí)驗(yàn)：

①你認(rèn)為最簡易的裝置其連接順序是：A接E接D接G（填接口字母，可不填滿．）
②實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開其活塞，一會兒后稀硫酸就不能順利滴入錐形瓶．請你幫助分析原因鋅與稀硫酸反應(yīng)放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強(qiáng)變大．
③實(shí)驗(yàn)最后，在讀取測量實(shí)驗(yàn)中生成氫氣的總體積時(shí)，你認(rèn)為合理的是ACD．
A．待實(shí)驗(yàn)裝置冷卻后再讀數(shù)
B．上下移動(dòng)量筒F，使其中液面與廣口瓶中液面相平
C．上下移動(dòng)量筒G，使其中液面與廣口瓶中液面相平
D．視線與凹液面的最低點(diǎn)水平讀取量筒中水的體積
④乙同學(xué)認(rèn)為可選用圖2裝置中的B（填A(yù)或B）直接與錐形瓶的導(dǎo)管A相連用以測量氫氣的體積，理由是防止氣體冷卻時(shí)發(fā)生倒吸現(xiàn)象；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)量筒內(nèi)的液面高于水槽中液面，立即讀數(shù)會使氫氣的總體積偏大（填“偏大”“偏小”或“不變”）；應(yīng)進(jìn)行的操作是應(yīng)慢慢把量筒往下移，使量筒中液面恰好與水槽中液面相平；
（3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論：反應(yīng)一段時(shí)間后，實(shí)驗(yàn)A中的金屬呈灰黑色，實(shí)驗(yàn)E中的金屬呈暗紅色；該學(xué)習(xí)小組最后得出的結(jié)論為：當(dāng)加入少量CuSO₄溶液時(shí)，生成氫氣的速率會大大提高．但當(dāng)加入的CuSO₄溶液超過一定量時(shí)，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)加入一定量的硫酸銅后，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．
（4）問題討論：實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有Na₂SO₄、MgSO₄、AgSO₄、K₂SO₄等4種溶液，可與實(shí)驗(yàn)中CuSO₄溶液起相似作用的是Ag₂SO₄；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（答兩種）．

Answer 1

分析 （1）要對比試驗(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，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）①裝置的組裝順序：用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導(dǎo)管一定要短進(jìn)長出，增大壓強(qiáng)原理將水排出，量筒中水的體積就是生成氫氣的體積，量筒內(nèi)導(dǎo)管應(yīng)伸入量筒底部；
②鋅與稀硫酸反應(yīng)放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強(qiáng)變大；
③反應(yīng)放熱導(dǎo)致氫氣的溫度偏高，故應(yīng)冷卻后再進(jìn)行讀取氫氣的體積，讀取實(shí)驗(yàn)中生成氫氣的體積時(shí)上下移動(dòng)量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點(diǎn)水平讀取氫氣的體積；
④排水法測氣體體積時(shí)，量筒內(nèi)的液面要和水槽中液面相平，所得結(jié)果是常溫常壓下的氣體體積；
（3）銅為紅色，鋅粉為灰黑色；考慮生成的銅粉對鋅的覆蓋造成的影響．
（4）Na₂SO₄、MgSO₄、Ag₂SO₄、K₂SO₄等4種溶液中，能與鋅發(fā)生置換反應(yīng)且能形成原電池反應(yīng)的只有Ag₂SO₄；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．

解答 解：（1）要對比試驗(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，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，其它組硫酸量也都為30ml，則V₁=30mL，而硫酸銅溶液和水的體積和應(yīng)相同，又F組中硫酸銅20ml，水為0ml，那么硫酸銅溶液和水的體積和20ml，所以V₆=20ml-10ml=10ml，V₉=20mL-2.5mL=17.5mL，．
故答案為：30；10；17.5；
（2）①裝置的組裝順序：用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導(dǎo)管一定要短進(jìn)長出，利用增大壓強(qiáng)原理將水排出，量筒中水的體積就是生成氫氣的體積，量筒內(nèi)導(dǎo)管應(yīng)伸入量筒底部，故連接順序?yàn)椋海ˋ）接（E），（D）接（G）；
故答案為：E、D、G；
②鋅與稀硫酸反應(yīng)放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強(qiáng)變大，導(dǎo)致硫酸不能順利滴入錐形瓶；
故答案為：鋅與稀硫酸反應(yīng)放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強(qiáng)變大；
③反應(yīng)放熱導(dǎo)致氫氣的溫度偏高，故應(yīng)冷卻后再進(jìn)行讀取氫氣的體積，讀取實(shí)驗(yàn)中生成氫氣的體積時(shí)上下移動(dòng)量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點(diǎn)水平讀取氫氣的體積；
故答案為：ACD；
④氣體冷卻時(shí)發(fā)生倒吸現(xiàn)象，裝置B能防止倒吸，所以在步驟③測量氣體體積時(shí)，選用B裝置；必須待燒瓶和量筒內(nèi)的氣體都冷卻到室溫時(shí)進(jìn)行，此時(shí)量筒內(nèi)的液面高于水槽中液面，立即讀數(shù)由于量筒中氣體壓強(qiáng)小于外界大氣壓，會使收集到的氣體體積偏高，應(yīng)慢慢把量筒往下移，使量筒中液面恰好與水槽中液面相平，
故答案為：B，防止氣體冷卻時(shí)發(fā)生倒吸現(xiàn)象；偏高；應(yīng)慢慢把量筒往下移，使量筒中液面恰好與水槽中液面相平；
（3）實(shí)驗(yàn)A中，由于未加CuSO₄溶液，故金屬即為單質(zhì)鋅，為灰黑色；而在實(shí)驗(yàn)E中，鋅與銅離子反應(yīng)生成的銅單質(zhì)附著在鋅粒的表面，銅為紅色金屬，因此鋅粒表面呈紅色；因?yàn)殇\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(shí)，反應(yīng)時(shí)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：灰黑色，暗紅色；當(dāng)加入一定量的硫酸銅后，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．
（4）Na₂SO₄、MgSO₄、Ag₂SO₄、K₂SO₄等4種溶液中，能與鋅發(fā)生置換反應(yīng)且能形成原電池反應(yīng)的只有Ag₂SO₄，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(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：Ag₂SO₄；升高反應(yīng)溫度；適當(dāng)增加硫酸的濃度．

點(diǎn)評 主要考查化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)、對實(shí)驗(yàn)原理與裝置的理解、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等，難度中等，理解實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，是對知識的綜合考查，需要學(xué)生具有知識的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用知識分析問題、解決問題的能力．