Question

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化学方程式有

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(2)  硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是

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________________________________________________________________________；

(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

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_______________________________________________________________(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的时间。

实验 混合溶液	A	B	C	D	E	F
4 mol·L－1H2SO4/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

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Answer 1

(1)CuSO₄＋Zn===ZnSO₄＋Cu，Zn＋H₂SO₄===ZnSO₄＋H₂↑　(2)CuSO₄与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu－Zn微电池，加快了氢气产生的速率　(3)Ag₂SO₄

(4)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)①30　10　17.5　②灰黑　暗红　③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)在稀硫酸中加入硫酸铜后发生了两个反应：CuSO₄＋Zn===ZnSO₄＋Cu、Zn＋H₂SO₄===ZnSO₄＋H₂↑。(2)由于Zn与反应生成的Cu及硫酸铜溶液组成了Cu－Zn微电池，大大加快了生成氢气的反应速率。(3)只要是比锌的金属性差的金属都可以与锌组成原电池，都可以加快生成氢气的反应速率，故在所给的物质中只有Ag₂SO₄符合题意。(4)要加快生成氢气的反应速率，还可以采取如下措施：升高温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等。(5)因为要研究硫酸铜的量对反应速率的影响，故应保持硫酸的浓度在各组实验中相同，则硫酸溶液的体积均取30 mL，根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20 mL，可以求得各组实验中加入水的体积分别为V₇＝20 mL，V₈＝19.5 mL，V₉＝17.5 mL，V₁₀＝15 mL。当溶液中析出少量的铜时，因不能形成铜的晶体，故铜显示的颜色是灰黑色，E中析出较多的铜，则显示出了铜晶体的颜色：暗红色。由于析出的铜的量较多，会覆盖在锌的表面，使得锌与稀硫酸的接触面积大大减小，故反应速率反而会减慢了。