Question

如圖是小明設計的化學動力小車，他在試管中加入兩種試劑，塞緊帶導管的塞子，將小車放在摩擦力很小的道路上，過一會小車就運動了．
[可用試劑]①鎂粉；②鋁粉；③銅粉；④10%的稀硫酸；
⑤10%的稀鹽酸．（注：10%的稀鹽酸比10%的稀硫酸所含
H⁺濃度要大）
（1）加入的兩種試劑總質量相同的條件下，加一次藥品能使小車在同一條水平道路上行程最遠，應選擇的試劑是______（填序號），并且兩種試劑使用的量要控制為______，反應的化學方程式為______．
（2）在加入的兩種試劑總質量相同的條件下，要使小車的運動速度比（1）中所選試劑時快，應往試管中加入上述哪兩種試劑______（填序號）？你的依據是______．
（3）有的同學根據上述推進原理，但不進行化學反應，也能使小車運動．你猜測他在試管中投入的試劑可能是______．
（4）[繼續探究]若仍選用上述提供的試劑，在不改變試劑總質量及小車、道路的條件下，從理論上講，如何使小車跑的更遠？______；
請將改進的方法和理由填寫在下表中．（每一種方法獎勵2分，本題最多獎勵4分，化學卷總分不超過60分．）

	改進的方法	簡述理由
1
2

1：改進的方法：______；理由：______．
2：改進的方法：______；理由：______．

Answer 1

解：（1）等質量的鎂、鋁完全反應，可根據計算得知，產生氫氣的質量鋁大于鎂，所以選擇金屬時應選擇鋁；而稀鹽酸與稀硫酸相比，10%的稀鹽酸比10%的稀硫酸所含H⁺濃度要大，即等量的稀鹽酸可產生更多的氫氣；綜上所述，要使小車行程最遠，應選擇②⑤，并使藥品恰好完全反應，讓效率達最大化；根據反應的化學方程式，可計算鋁與稀鹽酸恰好完全反應的質量比為：
（27×2）：=9：365；
故答：②⑤；恰好完全反應（或鋁粉與稀鹽酸l的質量比為9：365）；2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑；
（2）要使小車比（1）的運動速度快，選擇比鋁活潑的金屬鎂進行反應，同時用到酸的氫離子的濃度，放出氫氣速度更快；所以應該是選①④．
故答：①④；鎂比鋁活潑，產生氫氣速度快；
（3）不發生反應而釋放出氣體，可考慮固體物質的升華氣化如干冰等或極易揮發的物質如汽水等；
故答：干冰（或汽水）；
（4）在現有條件不變的情況下，使小車跑得更遠，就應使小車獲得更大的推力．可把導管彎曲成與小車運動方向水平，使力集中于推動小車；或使氫氣燃燒面發生爆炸，使氣體體積迅速膨脹而獲得更大的推動力．
故答：使小車獲得更大的推力；
改進的方法：將橡皮塞上導管的出口換成與道路水平；理由：這樣使小車受到的推進力最大
改進的方法：點燃產生的氫氣；理由：氫氣燃燒時會產生反作用力．
分析：（1）小車在同一條水平道路上行程最遠，小車是在氣體放出時產生的推力作用下前進，行程遠近與產生氣體多少成正比，產生氣體最多的小車行程最遠；
（2）小車運動的快慢決定于放出氫氣的速度，產生氫氣速度越快小車的運動速度越快，因此要使小車的運動速度比（1）中所選試劑時快，就應選擇金屬活動性（1）中金屬更活動的金屬；
（3）小車的運動是由于試管內氣體沖出時產生的推力，因此，要使小車運動，只要能使試管內釋放出氣體即可；
（4）不改變提供的試劑、不改變試劑總質量及小車、道路的條件下，從理論上講，使小車跑的更遠就應使小車獲得更大的推力．改進的方向就是使推力最大化．
點評：等量的Al、Mg、Fe、Zn金屬與足量酸完全反應，放出氫氣的量由多到少的順序為：Al＞Mg＞Fe＞Zn．