Question

為節省藥品和時間，甲、乙、丙三位同學用銅片、鋅片、稀硫酸、CuSO₄溶液、直流電源、石墨電極、導線、燒杯、試管等中學化學常見的藥品和儀器（用品），通過巧妙的構思，設計了比較銅、鋅金屬活動性相對強弱的系列實驗．試填寫下列空白：
（1）甲同學分別將一小片銅片、鋅片置于燒杯底部（銅與鋅不接觸），向燒杯中小心加入稀硫酸，觀察到的現象是

鋅片上有氣泡產生，銅片上無氣泡

．甲同學的設計思路是

鋅能置換出酸中的氫，而銅不能

．
（2）乙同學接著甲的實驗，向燒杯中滴加

硫酸銅

溶液，進而觀察到的現象是

鋅片上有紅色的銅析出，鋅片上產生氣泡的速率明顯加快

．
乙同學作出鋅、銅金屬活動性相對強弱的結論所依據的原理是

活潑金屬可以把不活潑金屬從其鹽溶液中置換出來（或Zn、Cu、稀硫酸組成原電池，Zn為負極）

．
（3）丙同學使用直流電源、石墨電極組裝好電解裝置，向乙同學實驗后的溶液中補充了必要的試劑

硫酸銅

 溶液（作為電解液）．反應在調控下隨即開始，實驗中有關反應的化學方程式為

2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄

．實驗中的明顯現象是

陰極上有紅色銅析出，陽極附近有氣體產生

．
（4）請你再單獨設計一個簡單的實驗（試劑、儀器自選），探究和證實鋅、銅金屬活動性的相對強弱（簡要說明操作和現象）

分別取一小片銅片與鋅片置于兩支試管中，向試管中加入少量淺綠色的FeCl₂溶液，片刻后，加鋅片的試管中溶液的顏色褪去，溶液近乎無色（其他可行答案也可）

．

Answer 1

分析：（1）甲同學用兩種金屬放到酸中是否產生氣泡或產生氣泡的快慢來比較金屬性強弱；
（2）乙同學在甲的基礎上，加入CuSO₄溶液觀察現象，鋅與少量硫酸銅發生置換反應生成的銅附在鋅表面形成微型原電池，根據金屬腐蝕速率確定金屬性強弱；
（3）丙同學在乙同學的基礎上運用電解原理來分析，根據離子放電順序確定金屬性強弱；
（4）從氧化還原反應的先后順序去證明金屬的活潑性．

解答：解：（1）甲同學用兩種金屬放到酸中是否產生氣泡或產生氣泡的快慢來比較金屬性強弱，
鋅和酸反應生成氫氣，所以鋅表面有氣泡生成，銅和稀硫酸不反應，所以銅片上沒有氣泡產生，其設計思路為：鋅能置換出酸中的氫，而銅不能，
故答案為：鋅片上有氣泡產生，銅片上無氣泡；鋅能置換出酸中的氫，而銅不能；
（2）乙同學在甲的基礎上，加入CuSO₄溶液觀察現象，鋅與少量硫酸銅發生置換反應生成的銅附在鋅表面形成微型原電池，鋅作負極而加速被腐蝕，所以加快了反應速率，產生氣泡的速率加快，說明鋅比銅活潑，
故答案為：CuSO₄；鋅片上有紅色的銅析出，鋅片上產生氣泡的速率明顯加快；活潑金屬可以把不活潑金屬從其鹽溶液中置換出來（或Zn、Cu、稀硫酸組成原電池，Zn為負極）；
（3）在含有銅離子和鋅離子的溶液中進行電解實驗，不活潑金屬陽離子先得電子而析出單質，陰極上先析出銅單質，電池反應式為2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，說明鋅比銅活潑，所以應該向乙的實驗后的溶液中加入硫酸銅，電解時，陰極上銅離子放電生成銅單質，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，所以看到的現象是：陰極上有紅色銅析出，陽極附近有氣體產生，
故答案為：CuSO₄；2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；陰極上有紅色銅析出，陽極附近有氣體產生；
（4）可以從氧化還原反應的先后順序去證明金屬的活潑性，即與同種氧化劑接觸時，活潑性強的金屬先與氧化劑反應，活潑性弱的金屬后與氧化劑反應，因此可以將鋅、銅分別同時加入到少量淺綠色的氯化亞鐵溶液中，加入鋅的溶液褪色，說明鋅比銅活潑，所以其操作方法是：分別取一小片銅片與鋅片置于兩支試管中，向試管中加入少量淺綠色的FeCl₂溶液，片刻后，加鋅片的試管中溶液的顏色褪去，溶液近乎無色（其他可行答案也可），
故答案為：分別取一小片銅片與鋅片置于兩支試管中，向試管中加入少量淺綠色的FeCl₂溶液，片刻后，加鋅片的試管中溶液的顏色褪去，溶液近乎無色（其他可行答案也可）．

點評：本題以原電池和電解池原理為載體考查了金屬性強弱的判斷方法，從離子的放電順序、失電子難易、與酸反應速率快慢等方面來設計實驗即可，明確物質的性質是解本題關鍵，同時考查學生學以致用的能力，難度中等．