Question

5．某同學(xué)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．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）上述實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式有：Zn+2H⁺═Zn²⁺+H₂↑、Zn+Cu²⁺═Zn²⁺+Cu；
（2）硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是CuSO₄與Zn反應(yīng)產(chǎn)生的Cu與Zn形成Cu-Zn-稀硫酸原電池，加快了氫氣產(chǎn)生的速率；
（3）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（答兩種）；
（4）為了進(jìn)一步研究硫酸銅的量對(duì)氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)計(jì)了如下一系列實(shí)驗(yàn)．將表中所給的混合溶液分別加入到6個(gè)盛有過(guò)量Zn粒的反應(yīng)瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時(shí)間．

實(shí)驗(yàn) 混合溶液	A	B	C	D	E	F
4mol/L H2SO4/mL	30	V1	V2	V3	V4	V5
飽和CuSO4溶液/mL	0	0.5	2.5	5	V6	20
H2O/mL	V7	V8	V9	V10	10	0

①請(qǐng)完成此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中：V₃=30，V₈=19.5；
②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；
③該同學(xué)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(huì)大大提高．但當(dāng)加入的CuSO₄溶液超過(guò)一定量時(shí)，生成氫氣的速率反而會(huì)下降．請(qǐng)分析氫氣生成速率下降的主要原因當(dāng)加入一定量的CuSO₄后，生成的Cu會(huì)沉積在Zn的表面，降低了Zn與溶液的接觸面積，使得生成氫氣的速率下降．
④實(shí)驗(yàn)A測(cè)得：收集到產(chǎn)生H₂體積為112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)所需的時(shí)間為10分鐘，求化學(xué)反應(yīng)速率ν（H₂SO₄）=0.01mol/（L•min）（忽略反應(yīng)前后溶液體積變化）．

Answer 1

分析 （1）鋅較活潑，可與硫酸銅、硫酸等發(fā)生置換反應(yīng)；
（2）硫酸銅溶液加快氫氣生成的速率，原因是形成原電池；
（3）對(duì)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為保證實(shí)驗(yàn)有對(duì)比性，只能逐漸改變一個(gè)變量分析，CuSO₄溶液體積逐漸增多，故H₂SO₄的量應(yīng)相等均為30mL，水的量減小，但每組實(shí)驗(yàn)中CuSO₄與水的體積之和應(yīng)相等；
②鋅與硫酸反應(yīng)使鋅的表面凹凸不平，有很多細(xì)小的鋅的顆粒，由于顆粒很小，光被完全吸收，所以看到的固體是灰黑色；Zn能夠置換出Cu，出現(xiàn)暗紅色；
③生成的單質(zhì)Cu會(huì)沉積在Zn的表面，影響了反應(yīng)速率；
④溶液的總體積為30mL+20mL=50mL，根據(jù)氫氣與硫酸的關(guān)系計(jì)算出△c（H₂SO₄），再用v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算．

解答 解：（1）因?yàn)镃u²⁺的氧化性比H⁺的強(qiáng)，所以加入硫酸銅，Zn先跟硫酸銅反應(yīng)，反應(yīng)完后再與酸反應(yīng)，
反應(yīng)的有關(guān)離子方程式為：Zn+2H⁺═Zn²⁺+H₂↑、Zn+Cu²⁺═Zn²⁺+Cu，
故答案為：Zn+2H⁺═Zn²⁺+H₂↑、Zn+Cu²⁺═Zn²⁺+Cu；
（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，
故答案為：CuSO₄與Zn反應(yīng)產(chǎn)生的Cu與Zn形成Cu-Zn-稀硫酸原電池，加快了氫氣產(chǎn)生的速率；
（3）對(duì)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：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；
（4）①要對(duì)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，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，則V₈=20mL-0.5mL=19.5mL，V₃=30mL，
故答案為：30；19.5；
②A中沒(méi)有加入硫酸銅，鋅與稀硫酸反應(yīng)后，鋅的表面凹凸不平，有很多細(xì)小的鋅的顆粒，由于顆粒很小，光被完全吸收，所以看到的固體是灰黑色；Zn能夠置換出Cu附著在Zn表面，金屬變?yōu)榘导t，
故答案為：灰黑色；暗紅；
③因?yàn)殇\會(huì)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(zhǎng)，而且生成的銅會(huì)附著在鋅片上，會(huì)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)加入一定量的硫酸銅后，生成的單質(zhì)銅會(huì)沉積在鋅的表面，降低了鋅與溶液的接觸面積；
④收集到產(chǎn)生H₂體積為112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)所需的時(shí)間為10分鐘，
H₂SO₄ ～～～～H₂，
  1mol      22.4L
 n（H₂SO₄）  0.112L
解得：n（H₂SO₄）=0.005mol，v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.005mol}{50×1{0}^{-3}L×10min}$=0.01mol/（L•min），
故答案為：0.01mol/（L•min）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素以及反應(yīng)速率的計(jì)算，本題的易錯(cuò)點(diǎn)在于第（4）小題，V₃、V₈的求得要注意分析表中數(shù)據(jù)，題目難度中等．