Question

7．某同學在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實驗中，發現加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率．請回答下列問題：
（1）上述實驗中發生反應的化學方程式有Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑．
（2）硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是CuSO₄與Zn反應產生的Cu與Zn形成Cu-Zn原電池，加快了氫氣產生的速率．
（3）為了進一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學設計了如下一系列實驗．將表中所給的混合溶液分別加入到6個盛有過量Zn粒的反應瓶中，收集產生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時間．

混合液	A	B	C	D	E	F
4mol•L-1H2SO4/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請完成此實驗設計，其中：V₁=30，V₆=10
②反應一段時間后，實驗E中的金屬呈紅色．
③該同學最后得出的結論為：當加入少量CuSO₄溶液時，生成氫氣的速率會大大提高．但當加入的CuSO₄溶液超過一定量時，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加入一定量的硫酸銅后，生成的單質銅會沉積在鋅的表面，降低了鋅與溶液的接觸面積．

Answer 1

分析 （1）鋅較活潑，可與硫酸銅、硫酸等發生置換反應；
（2）硫酸銅溶液加快氫氣生成的速率，原因是形成原電池反應；
（3）①為保證實驗有對比性，只能逐漸改變一個變量分析，CuSO₄溶液體積逐漸增多，故H₂SO₄的量應相等均為30mL，水的量減小，但每組實驗中CuSO₄與水的體積之和應相等；
②鋅與銅離子反應生成的銅單質附著在鋅粒的表現，銅為紅色金屬；
③生成的單質Cu會沉積在Zn的表面，影響了反應速率．

解答 解：（1）因為Cu²⁺的氧化性比H⁺的強，所以加入硫酸銅，Zn先跟硫酸銅反應，反應完后再與酸反應，反應的有關方程式為Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，
故答案為：Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）鋅為活潑金屬，加入硫酸銅，發生Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu，置換出銅，與鋅形成原電池反應，化學反應速率加快，
故答案為：CuSO₄與Zn反應產生的Cu與Zn形成Cu-Zn原電池，加快了氫氣產生的速率；
（3）①要對比試驗效果，那么除了反應的物質的量不一樣以外，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，六組反應的總體積也應該相同．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相同，F組中硫酸銅20ml，水為0，那么總量為20ml，所以V₆=10ml，V₁=30ml，
故答案為：30；10；
②鋅與銅離子反應生成的銅單質附著在鋅粒的表現，銅為紅色金屬，因此鋅粒表面呈紅色，
故答案為：紅；
③因為鋅會先與硫酸銅反應，直至硫酸銅反應完才與硫酸反應生成氫氣，硫酸銅量較多時，反應時間較長，而且生成的銅會附著在鋅片上，會阻礙鋅片與硫酸繼續反應，氫氣生成速率下降，
故答案為：當加入一定量的硫酸銅后，生成的單質銅會沉積在鋅的表面，降低了鋅與溶液的接觸面積．

點評 本題考查了影響化學反應速率的因素，并且融合了化學實驗，形式新穎靈活，V₁、V₆的求得要注意分析表中數據；最后一問應該能夠想到“覆蓋”的問題，題目難度中等．