Question

19．教材回顧：相同條件下，金屬單質(zhì)活動性越強，其與酸溶液發(fā)生反應(yīng)越劇烈．
化學(xué)學(xué)習(xí)小組在老師的幫助下對金屬與稀硫酸反應(yīng)情況的進(jìn)行深入的實驗探究．

[實驗探究一]影響金屬鋅與稀硫酸反應(yīng)劇烈程度的因素有哪些？
[作出猜想]小芳同學(xué)：金屬鋅的形狀可能影響反應(yīng)劇烈程度．
小華同學(xué)：稀硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能影響反應(yīng)劇烈程度．
（1）鋅與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑．
（2）反應(yīng)劇烈程度體現(xiàn)在單位時間內(nèi)反應(yīng)得到氫氣體積的大�。�利用如圖1的儀器可以組裝一套實驗室測量取氫氣體積的裝置，該裝置導(dǎo)管的連接順序是a→b→c→d．其中量筒的作用是由量筒內(nèi)水的體積讀出氣體的體積．
[實驗驗證]某化學(xué)課外小組的同學(xué)用不同濃度的硫酸和不同形狀的鋅進(jìn)行以下四組實驗．

實驗編號	硫酸的濃度 （均取20mL）	鋅的形狀 （均取1g）	氫氣的體積（mL） （均收集3min）
①	20%	大顆粒	31.7
②	20%	小顆粒	50.9
③	30%	大顆粒	61.7
④	30%	小顆粒	79.9

（3）要比較不同濃度的硫酸對反應(yīng)快慢的影響，應(yīng)選擇的實驗編號是①③或②④（填一種）．
（4）比較實驗①和②，可以得到的結(jié)論是鋅與硫酸的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快．
（5）該小組同學(xué)進(jìn)行第①組實驗的詳細(xì)數(shù)據(jù)如表所示：

時段	第1min	第2min	第3min	第4min	第5min	第6min
H2的體積	3.1mL	16.7mL	11.9mL	9.6mL	7.6mL	6.0mL

①鋅與稀硫酸的反應(yīng)一開始逐漸變快，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因是該反應(yīng)是放熱（填“放熱”“吸熱”）反應(yīng)，由此猜想化學(xué)反應(yīng)劇烈程度還與溫度有關(guān)．
②鋅與稀硫酸反應(yīng)第2min后開始變慢的主要原因隨著硫酸被消耗，硫酸溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變小，反應(yīng)速度又逐漸減慢．
[實驗探究二]如何測定鋅粒（雜質(zhì)不與稀硫酸反應(yīng)）中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？
（6）提出問題：利用實驗探究一的裝置進(jìn)行實驗測出的氣體體積偏大，原因是測量出的體積實際為反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的體積與錐形瓶中原有的空氣之和．
（7）針對上述問題，同學(xué)們對實驗裝置進(jìn)行改進(jìn)：利用如圖2裝置（固定儀器的裝置已略）進(jìn)行實驗，可準(zhǔn)確地測量氫氣體積．
在讀取量氣管中液面讀數(shù)的過程中，應(yīng)注意AC（填字母編號）．
A．讀數(shù)前應(yīng)上下移動水準(zhǔn)管，待兩管液面相平再讀數(shù)
B．保持水準(zhǔn)管靜止，待水準(zhǔn)管中液面不再上升時再讀數(shù)
C．讀數(shù)時視線與凹液面最低處相平
（8）當(dāng)裝置恢復(fù)至常溫時，測得反應(yīng)生成氫氣的體積為280mL（氫氣的密度為0.09g/L）．根據(jù)化學(xué)方程式計算，鋅粒（雜質(zhì)不與稀硫酸反應(yīng)）中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%．
[拓展應(yīng)用]如何回收硫酸鋅？
將實驗探究一和二的反應(yīng)殘留液放于燒杯中按如圖3所示實驗操作流程回收硫酸鋅，
請回答：
（9）加入一定量的鋅粒以除去殘留液中過量的稀硫酸，當(dāng)觀察到不再有氣泡生成（填實驗現(xiàn)象），則稀硫酸已完全反應(yīng)．
（10）操作a是過濾（填操作名稱）．操作a中玻璃棒的作用是引流．
[歸納提升]利用金屬與稀硫酸的反應(yīng)情況來比較鎂和鋅的金屬活動性強弱．
（11）設(shè)計實驗方案：把表面積相等的鎂和鋅放到等質(zhì)量、等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸中，觀察金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件及其質(zhì)量守恒定律可以書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)實驗的目的和裝置的特點分析連接的順序；
（3）根據(jù)對比試驗要確定好常量和變量進(jìn)行分析；
（4）通過不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫酸或不同形狀的鋅的產(chǎn)生氫氣的快慢得出結(jié)論；
（5）根據(jù)表格的數(shù)據(jù)總結(jié)產(chǎn)生的氫氣與時間的關(guān)系；
（6）了解利用該裝置測得反應(yīng)生成氣體體積偏大的最主要原因；
（7）測量氫氣體積時，為了使測量更為準(zhǔn)確，要注意上下移動水準(zhǔn)管，使左右兩管的液面相平，以使量氣管中的氣壓與大氣氣壓相等，讀數(shù)時視線應(yīng)與左管內(nèi)凹液面最低處相平，以減少觀察誤差；
（8）依據(jù)鋅粒與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣進(jìn)行分析解答；
（9）根據(jù)鋅粒與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣進(jìn)行分析；
（10）根據(jù)過濾進(jìn)行分析；
（11）由金屬活動性順序：排在氫前面的金屬可置換出酸中的氫，且金屬的活動性越強，反應(yīng)速度越快．

解答 解：（1）鋅和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；
故填：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；
（2）實驗室要測量取氫氣體積，應(yīng)將A裝置制得的氣體排出，再連接bc，再連接進(jìn)入到量筒內(nèi)，由量筒內(nèi)水的體積讀出氣體的體積．所以，該裝置導(dǎo)管的連接順序是：a接b接c接d，量筒的作用是由量筒內(nèi)水的體積讀出氣體的體積；故填：b；c；由量筒內(nèi)水的體積讀出氣體的體積；
（3）比較不同濃度的硫酸對反應(yīng)快慢的影響時，鋅的質(zhì)量和形狀要完全一樣，應(yīng)選擇的實驗編號是①③或②④；故填：①③或②④；
（4）通過①②（鋅粒的顆粒大小不同，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的硫酸反應(yīng)）可以看出：鋅與硫酸的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快；故填：鋅與硫酸的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快；
（5）①從表格可以看出反應(yīng)由慢到快然后逐漸減慢；因為隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)放出熱量，反應(yīng)速度加快，由此猜想化學(xué)反應(yīng)劇烈程度還與溫度有關(guān)；
②但隨著硫酸被消耗，硫酸溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變小，反應(yīng)速度又逐漸減慢；
故填：①放熱；溫度；
②隨著硫酸被消耗，硫酸溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變小，反應(yīng)速度又逐漸減慢；
（6）了解利用該裝置測得反應(yīng)生成氣體體積偏大的最主要原因：錐形瓶中原有的空氣混入制取的氣體中，故填：錐形瓶中原有的空氣；
（7）為了準(zhǔn)確地測量氫氣體積，在讀取量氣管中液面讀數(shù)的過程中，應(yīng)注意：讀數(shù)時，要注意視線應(yīng)于量氣管凹液面的最低處保持水平；每次讀數(shù)前應(yīng)上下移動水準(zhǔn)管，待兩管液面相平再讀數(shù)是為了防止水的壓強造成的誤差；故選AC；
（8）解：設(shè)鋅的質(zhì)量為x
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
65            2
x     0.09 g/L×0.28 L      

$\frac{65}{2}$=$\frac{x}{0.09g/L×0.28L}$    解得X≈0.8 g                  
鋅粒中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：$\frac{0.8g}{1g}$×100%=80.0%                
故填：80.0%；
（9）加入一定量的鋅粒以除去殘留液中過量的稀硫酸，當(dāng)不再有氣泡生成，則稀硫酸完全反應(yīng)，故填：不再有氣泡生成；
（10）操作a是過濾，玻璃棒的作用是引流，故填：過濾；引流；
（11）鎂和鋅都能與稀硫酸反應(yīng)，反應(yīng)時活動性強的鎂比活動性弱的鋅鐵反應(yīng)劇烈，所以把表面積相等的鎂和鋅放到等質(zhì)量、等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸中，觀察金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢，故填：把表面積相等的鎂和鋅放到等質(zhì)量、等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸中，觀察金屬表面產(chǎn)生氣泡的快慢．

點評 本題考查了鋅和稀硫酸的反應(yīng)，綜合性很強，有一定難度，需認(rèn)真理解．