Question

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

實驗編號	硫酸的質量分數（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的化學方程式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進入量筒中水的體積，判斷生成氫氣的體積，氫氣應從f（填e或f或g）管通入；
【收集證據】（3）把數據羅列表中，據表分析
【得出結論】（4）結論是在相同條件下，硫酸的質量分數越大，反應速率越快或鋅與硫酸的接觸面積越大，反應速率越快；．（說一條）
【評價與反思】（5）如表是小兵第①組實驗的詳細數據．

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；因為隨著反應的進行，反應放出熱量，反應速度加快，但隨著硫酸被消耗，硫酸溶質質量分數變小，反應速度又逐漸減慢；．
（6）鋅與硫酸反應的快慢可能還受哪些因素影響？溫度（與（7）方案不同）設計實驗驗證：取質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，體積和溶質質量分數相同的稀硫酸，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快慢的因素，反應過程中，用將10min內收集的氫氣體積比較反應的快慢，控制其他條件相同，進行下表四組實驗，獲得數據如下表．

實驗 編號	試劑		前10min內產生的    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，可以得到的結論是含雜質的鋅反應速率快．
②取13g含雜質的鋅進行實驗b，得到的氫氣為2000mL，則該種鋅的質量百分數50%（該條件下，氫氣的密度約為0.1克/升）

Answer 1

分析 （1）稀硫酸與鋅反應產生硫酸鋅和氫氣，寫出反應的方程式；
（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，通過量筒內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）通過不同質量分數的硫酸或不同形狀的鋅的產生氫氣的快慢得出結論；
（5）根據表格的數據總結產生的氫氣與時間的關系；
（6）反應物濃度、反應溫度、反應物接觸面積、有無催化劑等因素常影響化學反應速率，利用控制變量的思想設計一個因素對反應速率的影響．
（7）根據氫氣的質量，利用反應的方程式求出鋅的質量．

解答 解：
（1）稀硫酸與鋅反應產生硫酸鋅和氫氣，反應的方程式為：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，根據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）要比較不同質量分數的硫酸對反應快慢的影響，其中的鋅的狀態保持不變，選擇不同質量分數的硫酸，看產生氫氣的快慢，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，硫酸的質量分數不同），可以看出：硫酸的質量分數越大，反應速率越快；通過①②（鋅粒和鋅片與質量分數相同的硫酸反應）可以看出：鋅與硫酸的接觸面積越大，反應速率越快；
（5）從表格可以看出反應由慢到快然后逐漸減慢；因為隨著反應的進行，反應放出熱量，反應速度加快，但隨著硫酸被消耗，硫酸溶質質量分數變小，反應速度又逐漸減慢；
（6）如設計溫度對反應快慢的影響，具體的操作為：取質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，體積和溶質質量分數相同的稀硫酸，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，可以得到的結論是含雜質的鋅反應速率快；
②2000mL氫氣的質量=2L×0.1g/L=0.2g
設鋅的質量為x
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑．
65             2
x             0.2g
$\frac{65}{x}=\frac{2}{0.2g}$
x=6.5g
該種鋅的質量百分數=$\frac{6.5g}{13g}×$100%=50%
故答案為：
（1）Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑．
（2）根據進入量筒中水的體積，判斷生成氫氣的體積；f．
（3）①③或②④．
（4）硫酸的質量分數越大，反應速率越快或鋅與硫酸的接觸面積越大，反應速率越快．
（5）由慢到快然后逐漸減慢；因為隨著反應的進行，反應放出熱量，反應速度加快，但隨著硫酸被消耗，硫酸溶質質量分數變小，反應速度又逐漸減慢．
（6）溫度；取質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，體積和溶質質量分數相同的稀硫酸，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含雜質的鋅反應速率快；②50%．

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