Question

12．不同浓度的硫酸与锌反应时，硫酸可以被还原为SO₂，也可被还原为氢气．为了验证这一事实，某同学拟用如图装置进行实验（实验时压强为10lkPa，温度为0℃）．
（1）若在烧瓶中放入1.30g锌粒，与cmol/LH₂SO₄反应，为保证实验结论的可靠，量气管的适宜规格是C（以序号作答）．
A．200mL       B．400mL      C．500mL
（2）若1.30g锌粒完全溶解，氢氧化钠洗气瓶增重l．28g，则圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为：Zn+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（3）若烧瓶中投入a g锌且完全反应，氢氧化钠洗气瓶增重b g．量气瓶中收集到VmL气体，请写出a、b、v的代数关系式：$\frac{ag}{65g/mol}$=$\frac{bg}{64g/mol}$+$\frac{VL}{22.4mL/mol}$：
（4）若在烧瓶中投入dg锌，加入一定量的cmol/L浓硫酸VL，充分反 应后锌有剩余，测得氢氧化钠洗气瓶增重mg，则整个实验过程产生的气体中，$\frac{n（{H}_{2}）}{n（S{O}_{2}）}$=$\frac{64cV-2m}{m}$（用含字母的代数式表示）．若撤走盛有无水氯化钙的U型管，$\frac{n（{H}_{2}）}{n（S{O}_{2}）}$的数值将偏小（填偏大、偏小或无影响）
（5）反应结束后，为了准确地测量气体体积，量气管在读数时应注意：①待冷却至室温才开始读数②读数前使量气管左右液面相平③视线与量气管中液面的凹液面最低点在同一水平面．

Answer 1

分析 （1）根据锌的质量计算生成气体的体积，从而确定量气管的适宜规格；
（2）根据氢氧化钠的性质分析增重的原因，并写出相应的化学反应方程式；
（3）根据氧化还原反应的特点分析，1 mol锌无论用来产生SO₂ 还是产生氢气都是1 mol锌对应1 mol气体；
（4）根据氢氧化钠洗气瓶增重的量求出反应的硫酸的物质的量，硫酸总量减去生成二氧化硫需要的硫酸的量即为生成氢气的硫酸的量，继而求出生成气体的物质的量；根据无水氯化钙的作用分析；
（5）①根据化学反应与反应热的关系分析；②根据溶液的读数方法分析；③视线的位置分析．

解答 解：（1）设生成的氢气体积为xL，
         Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
         1mol         22.4L 

   $\frac{1.30g}{65g/mol}$=0.02mol   x
则x=0.448L=448mL，则量气管的规格应该选500mL，
故答案为：C； 
（2）氢氧化钠是碱，能吸收酸性气体，氢氧化钠洗气瓶增重说明有酸性气体生成，当锌和硫酸反应时，锌作还原剂，硫酸作氧化剂，被还原为二氧化硫，由（1）计算可知，1.30g锌和硫酸反应若只生成二氧化硫，共生成0.02mol，质量为0.02mol×64g/mol=1.28g，与氢氧化钠增重的质量一致，故发生反应的化学方程式为：Zn+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：Zn+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（3）根据氧化还原知识或根据方程式，1 mol锌无论用来产生SO₂ 还是产生氢气，都是1mol锌对应1 mol气体，根据氧化还原反应中得失电子数相等可得：$\frac{ag}{65g/mol}$=$\frac{bg}{64g/mol}$+$\frac{VL}{22.4mL/mol}$，
故答案为：$\frac{ag}{65g/mol}$=$\frac{bg}{64g/mol}$+$\frac{VL}{22.4mL/mol}$；
（4）Zn+2H₂SO₄（浓）=ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O
         2mol           1mol 
         $\frac{m}{32}$mol         $\frac{m}{64}$mol 
则生成二氧化硫需要的硫酸为$\frac{m}{32}$mol；
    Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
       1mol       1mol 
（ cV-$\frac{m}{32}$）mol  （cV-$\frac{m}{32}$）mol 
则：$\frac{n（H{\;}_{2}）}{n（SO{\;}_{2}）}$=$\frac{（cV-\frac{m}{32}）mol}{\frac{m}{64}mol}$=$\frac{64cV-2m}{m}$；
若撤走盛有无水氯化钙的U型管，混合气体中的水蒸气进入氢氧化钠溶液，导致洗气瓶增重量增大，所以计算时二氧化硫的物质的量增大，氢气与二氧化硫的物质的量之比偏小，
故答案为：$\frac{64cV-2m}{m}$；偏小；
（5）因为该反应是放热反应，随着反应的进行，溶液的温度逐渐升高，生成的气体温度高于标况下温度，温度对气体体积有影响，所以要待冷却至室温才开始读数；在读数时，如果俯视或仰视都会造成误差，所以读数时眼睛视线与液面最低处相平，
故答案为：①待冷却至室温才开始读数；②读数前使量气管左右液面相平；③视线与量气管中液面的凹液面最低点在同一水平面．

点评 本题考查了浓硫酸的性质，题目难度中等，明确发生反应原理为解答关键，注意掌握电子守恒在化学计算中的应用，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学实验能力．