题目内容
通常状况下,氢气是所有气体中密度最小的.因此氢气以前曾被用于飞艇和载人气球.某实验小组同学设计了右图装置模拟氢气探空气球(装置中气球固定在矿泉水瓶上).将气球中的镁条加入到硫酸溶液中,恰好完全反应.(1)计算反应生成氢气的质量;
(2)计算所用硫酸溶液的质量;
(3)假设反应后装置内外压强相等,通过估算后回答:
该装置在空气中能否上浮,并说明理由.______(不必写出具体估算过程)估算时参考的数据有:
①空气的密度可按1.3g?L-1计算; ②氢气的密度可按0.09g?L-1计算; ③矿泉水瓶和气球皮的质量约为20g.
【答案】分析:根据镁与硫酸反应的化学反应方程式,将镁的质量代入化学反应方程式来计算氢气的质量、硫酸质量,再利用硫酸硫酸的质量分数来计算溶液质量,
解答:解:(1)设反应生成氢气的质量为x,
Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑
24 2
7.2g x
,解得x=0.6g,
答:反应生成氢气的质量为0.6g;
(2)设参加反应的硫酸的质量为y,
Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑
24 98
7.2g y
,解得=29.4g
则所用硫酸溶液的质量为
=98g,
答:所用硫酸溶液的质量为98g;
(3)矿泉水瓶和气球皮的质量约为20g,由氢气的质量为0.6g,
氢气的体积应为
=6.7L
忽略瓶子中溶液的体积,估算瓶子、气球和氢气的总密度大约为
=18.7g/L>1.3g?L-1,
即其密度大于空气的密度,所以不能上浮.
也可这样分析:
H2的质量为0.6g=0.6x10-3Kg,因为H2的密度小于空气的密度,则H2提供浮力,则F浮=mg=0.6x10-3x10=6x10-3N(g取10计算),
而装置的总质量大约是20+98+7.2g=125.8g=0.1258Kg,
则重力为0.1258x10=1.258N>F浮
此时还未计算空气的重力,因此F浮是远远小于重力的,
故答案为:不能,因为该装置中的瓶子、气球和氢气的总密度大于空气的密度,所以该装置不能上浮或因该装置中的重力远大于装置所受的浮力,则不能上浮.
点评:本题考查学生利用化学反应方程式的计算,将镁的质量代入方程式计算即可,关于装置能否上浮问题注重了学科之间的综合,难度较大,建议使用密度来分析而不采用重力与浮力的关系来分析.
解答:解:(1)设反应生成氢气的质量为x,
Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑
24 2
7.2g x
答:反应生成氢气的质量为0.6g;
(2)设参加反应的硫酸的质量为y,
Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑
24 98
7.2g y
则所用硫酸溶液的质量为
答:所用硫酸溶液的质量为98g;
(3)矿泉水瓶和气球皮的质量约为20g,由氢气的质量为0.6g,
氢气的体积应为
忽略瓶子中溶液的体积,估算瓶子、气球和氢气的总密度大约为
即其密度大于空气的密度,所以不能上浮.
也可这样分析:
H2的质量为0.6g=0.6x10-3Kg,因为H2的密度小于空气的密度,则H2提供浮力,则F浮=mg=0.6x10-3x10=6x10-3N(g取10计算),
而装置的总质量大约是20+98+7.2g=125.8g=0.1258Kg,
则重力为0.1258x10=1.258N>F浮
此时还未计算空气的重力,因此F浮是远远小于重力的,
故答案为:不能,因为该装置中的瓶子、气球和氢气的总密度大于空气的密度,所以该装置不能上浮或因该装置中的重力远大于装置所受的浮力,则不能上浮.
点评:本题考查学生利用化学反应方程式的计算,将镁的质量代入方程式计算即可,关于装置能否上浮问题注重了学科之间的综合,难度较大,建议使用密度来分析而不采用重力与浮力的关系来分析.
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