题目内容

【题目】某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量的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时间。

A

B

C

D

E

F

4mol/L H2SO4/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A中的金属呈________色,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】CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu-Zn原电池,加快了氢气生成的速率 Ag2SO4 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) 30 10 17.5 灰黑 暗红 当加入过量的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

【解析】

(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,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,化学反应速率加快,故答案为:CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成CuZn微电池,加快了氢气产生的速率;

(3)因为Ag+的氧化性比H+的强,所以加入Ag2SO4,Zn先跟Ag2SO4反应,反应完后再与酸反应,Ag与Zn形成AgZn微电池,加快了氢气产生的速率,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Ag2SO4;故答案为:Ag2SO4;

(4)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、增加锌粒的比表面积等(答两种即可) ;

(5)①要对比试验效果,那么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,那么每组硫酸的量要保持相同,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反应一段时间后,实验A中的金属锌表面被腐蚀,呈灰黑色,E中Zn能够置换出Cu附着在Zn表面,金属变为暗红色,故答案为:灰黑; 暗红;

③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:当加入一定量的硫酸铜后,生成的单质铜会沉积在锌的表面,降低了锌与溶液的接触面积。

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