Question

6．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）上述实验中发生的反应有Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu、Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑．（离子方程式）
（2）硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是通过一系列反应构成了原电池，写出该原电池的电极反应式，负极：Zn-2e^-=Zn²⁺；正极：2H⁺+2e^-=H₂↑．
（3）要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有BC．
A．将稀硫酸换成浓硫酸            B．适当升高温度
C．用锌粉代替锌粒                D．增加上述稀硫酸的用量
（4）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
4mol•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=30，V₆=10，V₉=17.5；
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．

Answer 1

分析 （1）锌较活泼，可与硫酸铜、硫酸等发生置换反应；
（2）活泼金属锌作负极，失去电子产生锌离子，铜作正极，氢离子在正极得电子产生氢气；
（3）结合浓度、温度、接触面积等因素对反应速率的影响分析；
（4）①为保证实验有对比性，只能逐渐改变一个变量分析，CuSO₄溶液体积逐渐增多，故H₂SO₄的量应相等均为30mL，水的量减小，但每组实验中CuSO₄与水的体积之和应相等；
②生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，影响了反应速率．

解答 解：（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+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu、Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，
故答案为：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑；
（2）活泼金属锌作负极，失去电子产生锌离子，电极反应式为：Zn-2e^-=Zn²⁺；铜作正极，氢离子在正极得电子产生氢气，电极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案为；Zn-2e^-=Zn²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）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，
A．浓硫酸与锌反应不产生氢气，应适当增大硫酸的浓度，不能使用浓硫酸，故A错误；
B．升温，化学反应速率加快，故B正确；
C．用锌粉代替锌粒，增大了反应物的接触面积，加快反应速率，故C正确；
D．增加上述稀硫酸的用量，并没有改变浓度，反应速率不受影响，故D错误；
故答案为：BC；
（4）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．

点评 本题考查了影响化学反应速率的因素，并且融合了化学实验，形式新颖灵活，本题的易错点在于第（4）小题，首先V₁、V₆、V₉的求得要注意分析表中数据；最后一问应该能够想到“覆盖”的问题，题目难度中等．