Question

12．某学习小组在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率．为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该小组同学开始了实验探究．
（1）实验方案：将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的锥形瓶中，收集产生的气体．记录单位时间氢气产生的体积．

实验混合溶液	A	B	C	D	E	F
4mol/LH2SO4/mL	30	V1	V2	V3	V4	V5
饱和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）实验装置：甲同学拟选用图1实验装置完成实验：

①你认为最简易的装置其连接顺序是：A接E接D接G（填接口字母，可不填满．）
②实验开始时，先打开分液漏斗上口的玻璃塞，再轻轻打开其活塞，一会儿后稀硫酸就不能顺利滴入锥形瓶．请你帮助分析原因锌与稀硫酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中气体压强变大．
③实验最后，在读取测量实验中生成氢气的总体积时，你认为合理的是ACD．
A．待实验装置冷却后再读数
B．上下移动量筒F，使其中液面与广口瓶中液面相平
C．上下移动量筒G，使其中液面与广口瓶中液面相平
D．视线与凹液面的最低点水平读取量筒中水的体积
④乙同学认为可选用图2装置中的B（填A或B）直接与锥形瓶的导管A相连用以测量氢气的体积，理由是防止气体冷却时发生倒吸现象；实验结束时量筒内的液面高于水槽中液面，立即读数会使氢气的总体积偏大（填“偏大”“偏小”或“不变”）；应进行的操作是应慢慢把量筒往下移，使量筒中液面恰好与水槽中液面相平；
（3）实验现象与结论：反应一段时间后，实验A中的金属呈灰黑色，实验E中的金属呈暗红色；该学习小组最后得出的结论为：当加入少量CuSO₄溶液时，生成氢气的速率会大大提高．但当加入的CuSO₄溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降．请分析氢气生成速率下降的主要原因当加入一定量的硫酸铜后，生成的单质铜会沉积在锌的表面，降低了锌与溶液的接触面积．
（4）问题讨论：实验室中现有Na₂SO₄、MgSO₄、AgSO₄、K₂SO₄等4种溶液，可与实验中CuSO₄溶液起相似作用的是Ag₂SO₄；要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有升高反应温度；适当增加硫酸的浓度（答两种）．

Answer 1

分析 （1）要对比试验效果，除了反应的物质的量不一样以外，要保证其它条件相同，而且是探究硫酸铜量的影响，那么每组硫酸的量要保持相同，六组反应的总体积也应该相同；
（2）①装置的组装顺序：用排水量气法测定氢气的体积，其中盛水的试剂瓶导管一定要短进长出，增大压强原理将水排出，量筒中水的体积就是生成氢气的体积，量筒内导管应伸入量筒底部；
②锌与稀硫酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中气体压强变大；
③反应放热导致氢气的温度偏高，故应冷却后再进行读取氢气的体积，读取实验中生成氢气的体积时上下移动量筒，使其中液面与广口瓶中液面相平，视线与凹液面的最低点水平读取氢气的体积；
④排水法测气体体积时，量筒内的液面要和水槽中液面相平，所得结果是常温常压下的气体体积；
（3）铜为红色，锌粉为灰黑色；考虑生成的铜粉对锌的覆盖造成的影响．
（4）Na₂SO₄、MgSO₄、Ag₂SO₄、K₂SO₄等4种溶液中，能与锌发生置换反应且能形成原电池反应的只有Ag₂SO₄；对于溶液中的化学反应，影响反应速率的因素还有浓度、温度、催化剂以及固体表面积大小等．

解答 解：（1）要对比试验效果，除了反应的物质的量不一样以外，要保证其它条件相同，而且是探究硫酸铜量的影响，那么每组硫酸的量要保持相同，六组反应的总体积也应该相同，A组中硫酸为30ml，其它组硫酸量也都为30ml，则V₁=30mL，而硫酸铜溶液和水的体积和应相同，又F组中硫酸铜20ml，水为0ml，那么硫酸铜溶液和水的体积和20ml，所以V₆=20ml-10ml=10ml，V₉=20mL-2.5mL=17.5mL，．
故答案为：30；10；17.5；
（2）①装置的组装顺序：用排水量气法测定氢气的体积，其中盛水的试剂瓶导管一定要短进长出，利用增大压强原理将水排出，量筒中水的体积就是生成氢气的体积，量筒内导管应伸入量筒底部，故连接顺序为：（A）接（E），（D）接（G）；
故答案为：E、D、G；
②锌与稀硫酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中气体压强变大，导致硫酸不能顺利滴入锥形瓶；
故答案为：锌与稀硫酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中气体压强变大；
③反应放热导致氢气的温度偏高，故应冷却后再进行读取氢气的体积，读取实验中生成氢气的体积时上下移动量筒，使其中液面与广口瓶中液面相平，视线与凹液面的最低点水平读取氢气的体积；
故答案为：ACD；
④气体冷却时发生倒吸现象，装置B能防止倒吸，所以在步骤③测量气体体积时，选用B装置；必须待烧瓶和量筒内的气体都冷却到室温时进行，此时量筒内的液面高于水槽中液面，立即读数由于量筒中气体压强小于外界大气压，会使收集到的气体体积偏高，应慢慢把量筒往下移，使量筒中液面恰好与水槽中液面相平，
故答案为：B，防止气体冷却时发生倒吸现象；偏高；应慢慢把量筒往下移，使量筒中液面恰好与水槽中液面相平；
（3）实验A中，由于未加CuSO₄溶液，故金属即为单质锌，为灰黑色；而在实验E中，锌与铜离子反应生成的铜单质附着在锌粒的表面，铜为红色金属，因此锌粒表面呈红色；因为锌会先与硫酸铜反应，直至硫酸铜反应完才与硫酸反应生成氢气，硫酸铜量较多时，反应时间较长，而且生成的铜会附着在锌片上，会阻碍锌片与硫酸继续反应，氢气生成速率下降，故答案为：灰黑色，暗红色；当加入一定量的硫酸铜后，生成的单质铜会沉积在锌的表面，降低了锌与溶液的接触面积．
（4）Na₂SO₄、MgSO₄、Ag₂SO₄、K₂SO₄等4种溶液中，能与锌发生置换反应且能形成原电池反应的只有Ag₂SO₄，对于溶液中的化学反应，影响反应速率的因素还有浓度、温度、催化剂以及固体表面积大小等，要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有升高反应温度、适当增加硫酸的浓度、增加锌粒的表面积等，故答案为：Ag₂SO₄；升高反应温度；适当增加硫酸的浓度．

点评 主要考查化学反应速率实验、对实验原理与装置的理解、实验方案设计等，难度中等，理解实验原理是解题的关键，是对知识的综合考查，需要学生具有知识的基础与综合运用知识分析问题、解决问题的能力．