Question

【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离子方程式有_______________________________；

(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
4 mol·L－1 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＝________，V7＝________，V9＝________；

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：___________________________________________。

Answer 1

【答案】 Zn＋2H+===Zn2+＋H2↑、Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu/Zn原电池，加快了氢气产生的速率 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(任写两种即可) 30 10 20 17.5 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

【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，反应的有关离子方程式为Zn+Cu2+=Zn2++Cu、Zn+2H+=Zn2++H2↑，故答案为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu、Zn+2H+=Zn2++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：置换出的铜与锌在硫酸中构成原电池，加快反应速率；

(3)Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液中，能与锌发生置换反应且能形成原电池反应的只有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：升温，适当增加H2SO4浓度等；

(5)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组中硫酸溶液的体积为30ml，那么其它组硫酸溶液的体积也都为30ml，则V1＝30ml，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E组实验中水为10ml，则V6=10ml；A组实验中硫酸铜为0ml，则V7=20ml；C组实验中硫酸铜为2.5ml，则V9=17.5ml，故答案为：30；10；20；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。