Question

20．某同学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．请回答下列问题：
（1）上述实验中发生反应的化学方程式有Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是通过一系列反应构成了Cu/Zn原电池，该原电池的电极反应式，负极：Zn-2e^-=Zn²⁺；正极：2H⁺+2e^-=H₂↑
（3）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（答两种）．
（4）为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验．将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间．

实验 混合溶液	A	B	C	D	E	F
4mol•L-1 H2SO4/mL-1	30	V1	V2	V3	V4	V5
饱和CuSO4溶液/mL-1	0	0.5	2.5	5	V6	20
H2O/mL-1	V7	V8	V9	V10	10	0

①请完成此实验设计，其中：V₁=30，V₆=10，V₉=17.5；
②该同学最后得出的结论为：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的CuSO₄溶液超过一定量时，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与溶液的接触面积．

Answer 1

分析 （1）因为Cu²⁺的氧化性比H⁺的强，所以加入硫酸铜，Zn先跟硫酸铜反应，反应完后再与酸反应，据此写出反应的化学方程式；
故答案为：Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu；Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）锌为活泼金属，加入硫酸铜，发生Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu置换出铜，与锌形成原电池反应，负极锌失去电子生成锌离子，正极氢离子得到电子生成氢气，据此写出电极反应式；
（3）根据影响反应速率的还有浓度、温度、催化剂以及固体表面积大小等因素分析，
（4）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，则每组硫酸的量要保持相同，六组反应的总体积也应该相同，据此进行分析；
②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．

解答 解：（1）因为Cu²⁺的氧化性比H⁺的强，所以加入硫酸铜，Zn先跟硫酸铜反应，反应完后再与酸反应，反应的有关方程式为：Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，
故答案为：Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu；Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）锌为活泼金属，加入硫酸铜，发生Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu，置换出铜，与锌形成原电池反应，负极锌失去电子生成锌离子，电极反应式为：Zn-2e^-=Zn²⁺；正极氢离子得到电子生成氢气，电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑
故答案为：Zn-2e^-=Zn²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）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：升高反应温度、适当增加硫酸的浓度、增加锌粒的表面积等；
（4）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，则每组硫酸的量需要保持相同，六组反应的总体积也应该相同．A组中硫酸为30ml，那么其它组硫酸量也都为30mL，而硫酸铜溶液和水的总量应相同，F组中硫酸铜20ml，水为0，那么总量为20ml，所以V₆=10mL，V₉=17.5mL，V₁=30mL，
故答案为：30；10；17.5；
②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：当加入的CuSO₄溶液超过一定量时，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与溶液的接触面积．

点评 本题考查了影响化学反应速率的因素，题目难度中等，明确影响化学反应速率的因素为解答关键，本题的易错点为（4），V₁、V₆、V₉的判断需要根据对照试验要求分析表中数据，最后一问应该能够想到“覆盖”的问题．