Question

4．足量锌与浓H₂SO₄充分在加热下反应生成会SO₂和H₂的混合气体；锌和稀硫酸反应只有H₂生成．现有甲乙两研究小组分别实验探究：
（1）甲研究小组按图1实验验证锌与浓硫酸反应生成物中SO₂和H₂，取少量的Zn置于b中，向a中加入100mL18.5mol•L^-1的浓硫酸，经过一段时间反应，Zn完全溶解

①填写仪器名称：a分液漏斗、b圆底烧瓶
②写出装置A中生成能使品红溶液褪色的化学反应方程式：Zn+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+2H₂O+SO₂↑．
③装置D中加入的试剂是浓硫酸．
④U型管G的作用为防止空气中的水蒸气进入干燥管影响杂质气体的检验，干扰实验．
⑤有同学认为A、B间应增加图中的甲装置，该装置的作用为防止倒吸．
⑥证明反应生成SO₂和H₂的实验现象是B中品红褪色，E中有红色物质生成且F中的无水硫酸铜变蓝．
⑦若A中生成标准状况下的气体33.6L，将A反应后的溶液稀释到1L，测得溶液中H⁺的浓度为0.1mol•L^-1，则稀释液中SO₄^2-的物质的量浓度是1.55 mol•L^-1．
（2）乙研究小组为了探究锌与稀硫酸反应过程中的速率及能量的变化，进行图2所示实验，分析影响反应速率的因素．
实验时，从断开K开始，每间隔1分钟，交替断开或闭合K，并连续计数每1 分钟内从a管流出的水滴数，得到的水滴数如表所示：

1分钟水滴数（断开K）	34	59	86	117	…	102
1分钟水滴数（闭合K）	58	81	112	139	…	78

分析反应过程中的水滴数，请回答：
①由水滴数58＞34、81＞59，说明在反应初期，闭合K时比断开K时的反应速率快，主要原因是形成原电池反应速度快．
②由水滴数102＞78，说明在反应后期，断开K时的反应速率快于闭合K时的反应速率，主要原因是断开K时，溶液中的c（H⁺）大于闭合K时溶液中的c（H⁺），c（H⁺）的影响是主要因素．
③从能量转换形式不同的角度，分析水滴数86＞81、117＞112的主要原因是：断开K时，反应的化学能主要转化成热能；闭合K时，反应的化学能主要转化成电能，前者使溶液的温度升得更高是主要影响因素，故反应速率更快．

Answer 1

分析 （1）A是制取气体的装置，制备的气体中有二氧化硫、氢气、水蒸汽，B装置是除去二氧化硫，可以用氢氧化钠等碱液吸收；C装置是检验二氧化硫是否除尽，D装置是浓硫酸，吸水干燥作用；E装置是用还原性气体还原氧化铜，F装置无水硫酸铜，检验是否有水生成；G是防止空气中H₂O进入干燥管而影响杂质气体的检验，
①结合仪器图形和作用得到名称；
②装置A中生成能使品红溶液褪色的气体为二氧化硫，是锌和浓硫酸反应得到硫酸锌、二氧化硫和水；
③是对气体进行干燥的试剂为浓硫酸；
④G是防止空气中H₂O进入干燥管而影响杂质气体的检验；
⑤A、B间应增加图中的甲装置是安全瓶；
⑥B装置是检验二氧化硫，B中品红褪色，证明反应生成SO₂；E装置是用还原性气体还原氧化铜，F装置无水硫酸铜，检验是否有水生成；
⑦反应后的溶液稀释到1L，测得氢离子浓度为0.1mol/L，稀释后硫酸的浓度为0.05mol/L，反应剩余的硫酸为0.05mol×1L=0.05mol，则反应后溶液中硫酸的物质的量浓度为$\frac{0.05mol×1L}{0.1L}$=0.5mol/L，为稀硫酸，故发生反应：Zn+2H₂SO₄=ZnSO₄+SO₂↑+H₂O、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，生成的气体为SO₂、H₂混合气体，
令混合气体中SO₂、H₂的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者体积与消耗硫酸的物质的量列方程，据此计算解答；
（2）②根据氢离子浓度大小与速率的关系分析；
③断开K时，反应的化学能主要转化成热能，闭合K时，反应的化学能主要转化成电能，根据温度对速率的影响分析．

解答 解：（1）①装置图中仪器a为分液漏斗，b为圆底烧瓶，
故答案为：分液漏斗；圆底烧瓶；
②装置A中生成能使品红溶液褪色的气体为二氧化硫，是锌和浓硫酸反应得到硫酸锌、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：Zn+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+2H₂O+SO₂↑，
故答案为：Zn+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+2H₂O+SO₂↑；    
 ③D装置是浓硫酸，吸水干燥作用，
故答案为：浓硫酸；
④G装置中的碱石灰是防止空气中H₂O进入干燥管而影响杂质气体的检验，干扰实验，
故答案为：防止空气中的水蒸气进入干燥管影响杂质气体的检验，干扰实验；
 ⑤A、B间应增加图中的甲装置，是为了防止B装置中的液体倒吸，
故答案为：防止倒吸；
⑥B装置是检验二氧化硫，B中品红褪色，证明反应生成SO₂；E装置是用还原性气体还原氧化铜，F装置无水硫酸铜，检验是否有水生成，只要黑色变红色，无水硫酸铜变蓝色，证明反应生成氢气；
故答案为：B中品红褪色，E中有红色物质生成且F中的无水硫酸铜变蓝；
⑦反应后的溶液稀释到1L，氢离子浓度为0.1mol/L，稀释后硫酸的浓度为0.05mol/L，则反应后溶液中硫酸的物质的量浓度为$\frac{0.05mol×1L}{0.1L}$=0.5mol/L，为稀硫酸，故发生反应：Zn+2H₂SO₄=ZnSO₄+SO₂↑+H₂O、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，生成的气体为SO₂、H₂混合气体，物质的量为=$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，
参加反应的n（H₂SO₄）=0.1L×18.5mol/L-0.05mol×1L=1.8mol，
令混合气体中SO₂、H₂的物质的量分别为xmol、ymol，则：
Zn+2H₂SO₄（浓）=ZnSO₄+SO₂↑+H₂O
x       2x                              x
Zn+H₂SO₄（稀）=ZnSO₄+H₂↑
y       y                               y
x+y=1.5
2x+y=1.8
解之得 x=0.3，y=1.2
根据原子守恒反应后溶液中SO₄^2- 为n_浓硫酸-n（SO₂）=0.1L×18.5mol/L-0.3mol=1.55mol，
故答案为：1.55；
（2）②由于反应前期形成原电池反应速率快，氢离子消耗的多，则在后期，闭合K时溶液中氢离子浓度小，氢离子浓度越小反应速率越小，断开K时，溶液中的c（H⁺）大于闭合K时溶液中的c（H⁺），所以在反应后期，断开K时的反应速率快于闭合K时的反应速率；
故答案为：断开K时，溶液中的c（H⁺）大于闭合K时溶液中的c（H⁺），c（H⁺）的影响是主要因素；
③断开K时，反应的化学能主要转化成热能，闭合K时，反应的化学能主要转化成电能，则随着反应进行，断开K时，放出的热量使溶液的温度升高，温度越高反应速率越快；
故答案为：断开K时，反应的化学能主要转化成热能；闭合K时，反应的化学能主要转化成电能，前者使溶液的温度升得更高是主要影响因素，故反应速率更快．

点评 本题是实验探究题、原电池原理的应用、影响速率的因素等，既有气体的制取又有气体的除杂和气体的吸收，还有气体的检验，综合性比较强，注意实验原理的掌握，题目难度中等．