Question

12．某學習小組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．為了進一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該小組同學開始了實驗探究．
（1）實驗方案：將表中所給的混合溶液分別加入到6個盛有過量Zn粒的錐形瓶中，收集產生的氣體．記錄單位時間氫氣產生的體積．

實驗混合溶液	A	B	C	D	E	F
4mol/LH2SO4/mL	30	V1	V2	V3	V4	V5
飽和CuSO4溶/mL	0	0.5	2.5	5	V6	20
H2O/mL	V7	V8	V9	V10	10	0

其中：V₁=30，V₆=10，V₉=17.5；
（2）實驗裝置：甲同學擬選用圖1實驗裝置完成實驗：

①你認為最簡易的裝置其連接順序是：A接E接D接G（填接口字母，可不填滿．）
②實驗開始時，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開其活塞，一會兒后稀硫酸就不能順利滴入錐形瓶．請你幫助分析原因鋅與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大．
③實驗最后，在讀取測量實驗中生成氫氣的總體積時，你認為合理的是ACD．
A．待實驗裝置冷卻后再讀數
B．上下移動量筒F，使其中液面與廣口瓶中液面相平
C．上下移動量筒G，使其中液面與廣口瓶中液面相平
D．視線與凹液面的最低點水平讀取量筒中水的體積
④乙同學認為可選用圖2裝置中的B（填A或B）直接與錐形瓶的導管A相連用以測量氫氣的體積，理由是防止氣體冷卻時發生倒吸現象；實驗結束時量筒內的液面高于水槽中液面，立即讀數會使氫氣的總體積偏大（填“偏大”“偏小”或“不變”）；應進行的操作是應慢慢把量筒往下移，使量筒中液面恰好與水槽中液面相平；
（3）實驗現象與結論：反應一段時間后，實驗A中的金屬呈灰黑色，實驗E中的金屬呈暗紅色；該學習小組最后得出的結論為：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．
（4）問題討論：實驗室中現有Na₂SO₄、MgSO₄、AgSO₄、K₂SO₄等4種溶液，可與實驗中CuSO₄溶液起相似作用的是Ag₂SO₄；要加快上述實驗中氣體產生的速率，還可采取的措施有升高反應溫度；適當增加硫酸的濃度（答兩種）．

Answer 1

分析 （1）要對比試驗效果，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；
（2）①裝置的組裝順序：用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導管一定要短進長出，增大壓強原理將水排出，量筒中水的體積就是生成氫氣的體積，量筒內導管應伸入量筒底部；
②鋅與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大；
③反應放熱導致氫氣的溫度偏高，故應冷卻后再進行讀取氫氣的體積，讀取實驗中生成氫氣的體積時上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點水平讀取氫氣的體積；
④排水法測氣體體積時，量筒內的液面要和水槽中液面相平，所得結果是常溫常壓下的氣體體積；
（3）銅為紅色，鋅粉為灰黑色；考慮生成的銅粉對鋅的覆蓋造成的影響．
（4）Na₂SO₄、MgSO₄、Ag₂SO₄、K₂SO₄等4種溶液中，能與鋅發生置換反應且能形成原電池反應的只有Ag₂SO₄；對于溶液中的化學反應，影響反應速率的因素還有濃度、溫度、催化劑以及固體表面積大小等．

解答 解：（1）要對比試驗效果，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，其它組硫酸量也都為30ml，則V₁=30mL，而硫酸銅溶液和水的體積和應相同，又F組中硫酸銅20ml，水為0ml，那么硫酸銅溶液和水的體積和20ml，所以V₆=20ml-10ml=10ml，V₉=20mL-2.5mL=17.5mL，．
故答案為：30；10；17.5；
（2）①裝置的組裝順序：用排水量氣法測定氫氣的體積，其中盛水的試劑瓶導管一定要短進長出，利用增大壓強原理將水排出，量筒中水的體積就是生成氫氣的體積，量筒內導管應伸入量筒底部，故連接順序為：（A）接（E），（D）接（G）；
故答案為：E、D、G；
②鋅與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大，導致硫酸不能順利滴入錐形瓶；
故答案為：鋅與稀硫酸反應放熱且生成氣體，使錐形瓶中氣體壓強變大；
③反應放熱導致氫氣的溫度偏高，故應冷卻后再進行讀取氫氣的體積，讀取實驗中生成氫氣的體積時上下移動量筒，使其中液面與廣口瓶中液面相平，視線與凹液面的最低點水平讀取氫氣的體積；
故答案為：ACD；
④氣體冷卻時發生倒吸現象，裝置B能防止倒吸，所以在步驟③測量氣體體積時，選用B裝置；必須待燒瓶和量筒內的氣體都冷卻到室溫時進行，此時量筒內的液面高于水槽中液面，立即讀數由于量筒中氣體壓強小于外界大氣壓，會使收集到的氣體體積偏高，應慢慢把量筒往下移，使量筒中液面恰好與水槽中液面相平，
故答案為：B，防止氣體冷卻時發生倒吸現象；偏高；應慢慢把量筒往下移，使量筒中液面恰好與水槽中液面相平；
（3）實驗A中，由于未加CuSO₄溶液，故金屬即為單質鋅，為灰黑色；而在實驗E中，鋅與銅離子反應生成的銅單質附著在鋅粒的表面，銅為紅色金屬，因此鋅粒表面呈紅色；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：灰黑色，暗紅色；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．
（4）Na₂SO₄、MgSO₄、Ag₂SO₄、K₂SO₄等4種溶液中，能與鋅發生置換反應且能形成原電池反應的只有Ag₂SO₄，對于溶液中的化學反應，影響反應速率的因素還有濃度、溫度、催化劑以及固體表面積大小等，要加快上述實驗中氣體產生的速率，還可采取的措施有升高反應溫度、適當增加硫酸的濃度、增加鋅粒的表面積等，故答案為：Ag₂SO₄；升高反應溫度；適當增加硫酸的濃度．

點評 主要考查化學反應速率實驗、對實驗原理與裝置的理解、實驗方案設計等，難度中等，理解實驗原理是解題的關鍵，是對知識的綜合考查，需要學生具有知識的基礎與綜合運用知識分析問題、解決問題的能力．