Question

17．某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现反应条件不同，反应速率不同．请回答下列问题：
（1）在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率．
①加入硫酸铜溶液后可以加快氢气生成速率的原因是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．
②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Ag₂SO₄．
③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粒的容器中，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 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

请完成此实验设计，其中：V₁=30，V₆=10．
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．
（2）该同学为探究其它因素对锌与稀硫酸反应速率的影响，又做了以下实验，记录数据如下，回答下列问题：

实验序号	金属质量/g	金属状态	C（H2SO4）/mol．-L	V（H2SO4）/mL	溶液温度		金属消失的时间/s
					反应前	反应后
1	0.1	丝	0.5	50	20	34	500
2	0.1	粉末	0.5	50	20	35	50
3	0.1	丝	0.7	50	20	36	250
4	0.1	丝	0.8	50	20	35	200
5	0.1	粉末	0.8	50	20	36	25
6	0.1	丝	1.0	50	20	35	125
7	0.1	丝	1.0	50	35	50	50

①由实验可推知，反应物的总能量＞产物的总能量（填“＜”“＞”“=”）．
②实验2和5表明，浓度 对反应速率有影响．
③实验4和5表明，固体表面积对反应速率有影响，固体表面积越大反应速率越快，能表明同一规律的实验还有1和2（填实验序号）．
④本实验中影响反应速率的其他因素还有温度．

Answer 1

分析 （1）①Zn和硫酸的反应中加入少量的CuSO₄溶液，能置换出一定量Cu，在溶液中形成Cu/Zn原电池，原电池反应比化学反应速率快；
②所给四种溶液中只Zn只能置换出Ag；
③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；生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，影响了反应速率；
（2）影响反应速率的因素：温度、浓度、催化剂、接触面积等，注意控制变量法在实验中的应用．

解答 解：（1）①Zn和硫酸的反应中加入少量的CuSO₄溶液，能置换出一定量Cu，在溶液中形成Cu/Zn原电池，而加快化学反应速率，
故答案为：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；
②所给四种溶液中只Zn只能置换出Ag，即Ag₂SO₄与CuSO₄溶液具有相似的作用，故答案为：Ag₂SO₄；
③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．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：30；10；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．
（2）①反应是放热反应，所以反应物的总能量大于产物的总能量，故答案为：＞；
②实验2和5表明，其他条件一样的情况下，浓度对反应速率有影响，浓度高，速率快，故答案为：浓度；
③实验4和5表明，固体表面积对反应速率有影响，固体表面积大反应速率越快，能表明同一规律的实验还有1和2，故答案为：固体表面积；固体表面积越大；1和2；
④影响反应速率的因素：温度、浓度、催化剂、接触面积等，本实验中影响反应速率的其他因素还有温度，故答案为：温度．

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（1）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．