Question

1．“寒假假期”，小兵对“铁与稀硫酸反应快慢的影响因素”进行了探究．
【提出问题】锌与稀硫酸反应的快慢受哪些因素的影响呢？
【猜想与假设】a可能与硫酸的质量分数有关；b可能与锌的形状有关．
【设计并实验】小兵用不同质量分数的稀硫酸和不同形状的锌进行如下实验．

实验编号	硫酸的质量分数（均取20mL）	锌的形状（均取1g）	氢气的体积（mL）（均收集3分钟）
①	20%	锌粒	31.7
②	20%	锌片	50.9
③	30%	锌粒	61.7
④	30%	锌片	79.9

（1）写出稀硫酸与锌反应的化学方程式Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑．
（2）小兵用如图所示装置收集并测量氢气的体积，其中量筒的作用是根据进入量筒中水的体积，判断生成氢气的体积，氢气应从f（填e或f或g）管通入；
【收集证据】（3）把数据罗列表中，据表分析
【得出结论】（4）结论是在相同条件下，硫酸的质量分数越大，反应速率越快或锌与硫酸的接触面积越大，反应速率越快；．（说一条）
【评价与反思】（5）如表是小兵第①组实验的详细数据．

时段（均为1分钟）	第1分钟	第2分钟	第3分钟	第4分钟	第5分钟	第6分钟
H2的体积	3.1mL	16.7mL	11.9mL	9.6mL	7.6mL	6.0mL

请描述锌与硫酸反应的快慢的变化并解释原因慢到快然后逐渐减慢；因为随着反应的进行，反应放出热量，反应速度加快，但随着硫酸被消耗，硫酸溶质质量分数变小，反应速度又逐渐减慢；．
（6）锌与硫酸反应的快慢可能还受哪些因素影响？温度（与（7）方案不同）设计实验验证：取质量相等的锌粒分别放入两只试管中，然后分别加入温度不同，体积和溶质质量分数相同的稀硫酸，测量收集等体积的氢气所需要的时间．
（7）探究影响锌与稀硫酸反应快慢的因素，反应过程中，用将10min内收集的氢气体积比较反应的快慢，控制其他条件相同，进行下表四组实验，获得数据如下表．

实验 编号	试剂		前10min内产生的    氢气体积（mL）
	不同纯度的锌	不同体积和浓度的稀硫酸
a	纯锌	30mL30%	564.3
b	含杂质的锌	30mL30%	634.7
c	纯锌	40mL30%	449.3
d	纯锌	40mL30%	602.8

①比较实验a和实验b，可以得到的结论是含杂质的锌反应速率快．
②取13g含杂质的锌进行实验b，得到的氢气为2000mL，则该种锌的质量百分数50%（该条件下，氢气的密度约为0.1克/升）

Answer 1

分析 （1）稀硫酸与锌反应产生硫酸锌和氢气，写出反应的方程式；
（2）为测定所收集氢气的体积，则需要采用液体等量代换的方式，因此可以选用右图这样的装置，短进长出，让里面的水等量流到量筒内，通过量筒内液体的体积判断收集的气体的体积；
（3）对比四个实验，利用控制变量法选择合适的对比组；
（4）通过不同质量分数的硫酸或不同形状的锌的产生氢气的快慢得出结论；
（5）根据表格的数据总结产生的氢气与时间的关系；
（6）反应物浓度、反应温度、反应物接触面积、有无催化剂等因素常影响化学反应速率，利用控制变量的思想设计一个因素对反应速率的影响．
（7）根据氢气的质量，利用反应的方程式求出锌的质量．

解答 解：
（1）稀硫酸与锌反应产生硫酸锌和氢气，反应的方程式为：Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）因为氢气不易溶于水，可以通过压强的变化利用排水法把水压入量筒内，根据进入量筒中水的体积，判断生成氢气的体积，故进气管是短管e；
（3）要比较不同质量分数的硫酸对反应快慢的影响，其中的锌的状态保持不变，选择不同质量分数的硫酸，看产生氢气的快慢，因此可以选择①③（都是锌粒）或②④（都是锌片）；
（4）通过①③（都是锌粒，硫酸的质量分数不同），可以看出：硫酸的质量分数越大，反应速率越快；通过①②（锌粒和锌片与质量分数相同的硫酸反应）可以看出：锌与硫酸的接触面积越大，反应速率越快；
（5）从表格可以看出反应由慢到快然后逐渐减慢；因为随着反应的进行，反应放出热量，反应速度加快，但随着硫酸被消耗，硫酸溶质质量分数变小，反应速度又逐渐减慢；
（6）如设计温度对反应快慢的影响，具体的操作为：取质量相等的锌粒分别放入两只试管中，然后分别加入温度不同，体积和溶质质量分数相同的稀硫酸，测量收集等体积的氢气所需要的时间．（只要有控制变量的意识即可）
（7）①比较实验a和实验b，可以得到的结论是含杂质的锌反应速率快；
②2000mL氢气的质量=2L×0.1g/L=0.2g
设锌的质量为x
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑．
65             2
x             0.2g
$\frac{65}{x}=\frac{2}{0.2g}$
x=6.5g
该种锌的质量百分数=$\frac{6.5g}{13g}×$100%=50%
故答案为：
（1）Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑．
（2）根据进入量筒中水的体积，判断生成氢气的体积；f．
（3）①③或②④．
（4）硫酸的质量分数越大，反应速率越快或锌与硫酸的接触面积越大，反应速率越快．
（5）由慢到快然后逐渐减慢；因为随着反应的进行，反应放出热量，反应速度加快，但随着硫酸被消耗，硫酸溶质质量分数变小，反应速度又逐渐减慢．
（6）温度；取质量相等的锌粒分别放入两只试管中，然后分别加入温度不同，体积和溶质质量分数相同的稀硫酸，测量收集等体积的氢气所需要的时间．（只要有控制变量的意识即可）．
（7）①含杂质的锌反应速率快；②50%．

点评 本题以影响产生氢气的反应速率为实验探究的形式考查了反应物浓度、颗粒的大小、反应温度等因素对化学反应速率的影响，重点在于培养学生的实验探究能力，注意控制变量的运用．