Question

14．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Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）硫酸铜溶液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-稀硫酸原电池，加快了氢气产生的速率；
（3）实验室中现有Na₂SO₄、MgSO₄、Ag₂SO₄、K₂SO₄等4中溶液，可与实验中CuSO₄溶液起相似作用的是Ag₂SO₄；
（4）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；
（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
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

①请完成此实验设计，其中：V₁=30，V₆=10，V₉=17.5；
②反应一段时间后，实验A中的金属呈灰黑色色，实验E中的金属呈紫红色色；
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）硫酸铜溶液加快氢气生成的速率，原因是形成原电池；
（3）在几种溶液中，只有银能被锌置换出来；
（4）影响化学反应速率的外界因素有温度、浓度、接触面积等；
（5）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锌与硫酸反应使锌的表面凹凸不平，有很多细小的锌的颗粒，由于颗粒很小，光被完全吸收，所以看到的固体是灰黑色；Zn能够置换出Cu，出现紫红色；
③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，有关方程式为Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，
故答案为：Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+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：CuSO₄与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu-Zn-稀硫酸原电池，加快了氢气产生的速率；
（3）在几种溶液中，只有银能被锌置换出来，所以与CuSO₄溶液起相似作用的是Ag₂SO₄溶液，
故答案为：Ag₂SO₄；
（4）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：升高反应温度、适当增加硫酸的浓度、增加锌粒的表面积；
（5）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；
②A中没有加入硫酸铜，锌与稀硫酸反应后，锌的表面凹凸不平，有很多细小的锌的颗粒，由于颗粒很小，光被完全吸收，所以看到的固体是灰黑色；Zn能够置换出Cu附着在Zn表面，金属变为紫红色，
故答案为：灰黑色；紫红色；
③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（5）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．