题目内容
【题目】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________________________________________________。
(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是__________________________________________。
(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液,可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是________;
(4)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有______________(答两种);
(5)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的实验。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的时间。
A | B | C | D | E | F | |
4 mol·L-1H2SO4/mL | 30 | V1 | V2 | V3 | V4 | V5 |
饱和CuSO4溶液/mL | 0 | 0.5 | 2.5 | 5 | V6 | 20 |
H2O/mL | V7 | V8 | V9 | V10 | 10 | 0 |
①请完成此实验设计,其中:V1=________,V6=________,V9=________。
②反应一段时间后,实验E中的金属呈________色;
③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________________________________________________________。
【答案】(1)CuSO4+ZnZnSO4+Cu,Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑(2分)
(2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu-Zn微电池,加快了氢气产生的速率(2分)
(3)Ag2SO4(1分)
(4)升高反应温度、适当增加硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等(答两种即可)(2分)
(5)①30(1分) 10(1分) 17.5(1分) ②暗红(1分)
③当加入一定量的CuSO4后,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(2分)
【解析】(1)在稀硫酸中加入硫酸铜后发生了两个反应:CuSO4+Zn===ZnSO4+Cu、Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑。(2)由于Zn与反应生成的Cu及硫酸铜溶液组成了Cu-Zn微电池,大大加快了生成氢气的反应速率。(3)只要是比锌的金属性差的金属都可以与锌组成原电池,都可以加快生成氢气的反应速率,故在所给的物质中只有Ag2SO4符合题意。(4)要加快生成氢气的反应速率,还可以采取如下措施:升高温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等。(5)因为要研究硫酸铜的量对反应速率的影响,故应保持硫酸的浓度在各组实验中相同,则硫酸溶液的体积均取30 mL,根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20 mL,可以求得各组实验中加入水的体积分别为V7=20 mL,V8=19.5 mL,V9=17.5 mL,V10=15 mL。E中析出较多的铜,则显示出了铜晶体的颜色:暗红色。由于析出的铜的量较多,会覆盖在锌的表面,使得锌与稀硫酸的接触面积大大减小,故反应速率反而会减慢了。
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