Question

20．某同學在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實驗中，發(fā)現(xiàn)加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率．請回答下列問題：
（1）上述實驗中發(fā)生反應的化學方程式有Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是通過一系列反應構成了Cu/Zn原電池，該原電池的電極反應式，負極：Zn-2e^-=Zn²⁺；正極：2H⁺+2e^-=H₂↑
（3）要加快上述實驗中氣體產(chǎn)生的速率，還可采取的措施有升高反應溫度、適當增加硫酸的濃度、增加鋅粒的表面積等（答兩種）．
（4）為了進一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學設計了如下一系列實驗．將表中所給的混合溶液分別加入到6個盛有過量Zn粒的反應瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時間．

實驗 混合溶液	A	B	C	D	E	F
4mol•L-1 H2SO4/mL-1	30	V1	V2	V3	V4	V5
飽和CuSO4溶液/mL-1	0	0.5	2.5	5	V6	20
H2O/mL-1	V7	V8	V9	V10	10	0

①請完成此實驗設計，其中：V₁=30，V₆=10，V₉=17.5；
②該同學最后得出的結論為：當加入少量CuSO₄溶液時，生成氫氣的速率會大大提高．但當加入的CuSO₄溶液超過一定量時，生成氫氣的速率反而會下降．請分析氫氣生成速率下降的主要原因當加入的CuSO₄溶液超過一定量時，生成的單質Cu會沉積在Zn的表面，降低了Zn與溶液的接觸面積．

Answer 1

分析 （1）因為Cu²⁺的氧化性比H⁺的強，所以加入硫酸銅，Zn先跟硫酸銅反應，反應完后再與酸反應，據(jù)此寫出反應的化學方程式；
故答案為：Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu；Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）鋅為活潑金屬，加入硫酸銅，發(fā)生Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu置換出銅，與鋅形成原電池反應，負極鋅失去電子生成鋅離子，正極氫離子得到電子生成氫氣，據(jù)此寫出電極反應式；
（3）根據(jù)影響反應速率的還有濃度、溫度、催化劑以及固體表面積大小等因素分析，
（4）①要對比試驗效果，除了反應的物質的量不一樣以外，要保證其它條件相同，而且是探究硫酸銅量的影響，則每組硫酸的量要保持相同，六組反應的總體積也應該相同，據(jù)此進行分析；
②硫酸銅量較多時，反應時間較長，而且生成的銅會附著在鋅片上，會阻礙鋅片與硫酸繼續(xù)反應．

解答 解：（1）因為Cu²⁺的氧化性比H⁺的強，所以加入硫酸銅，Zn先跟硫酸銅反應，反應完后再與酸反應，反應的有關方程式為：Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu、Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，
故答案為：Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu；Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；
（2）鋅為活潑金屬，加入硫酸銅，發(fā)生Zn+CuSO₄=ZnSO₄+Cu，置換出銅，與鋅形成原電池反應，負極鋅失去電子生成鋅離子，電極反應式為：Zn-2e^-=Zn²⁺；正極氫離子得到電子生成氫氣，電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑
故答案為：Zn-2e^-=Zn²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）對于溶液中的化學反應，影響反應速率的因素還有濃度、溫度、催化劑以及固體表面積大小等，要加快上述實驗中氣體產(chǎn)生的速率，還可采取的措施有升高反應溫度、適當增加硫酸的濃度、增加鋅粒的表面積等，
故答案為：升高反應溫度、適當增加硫酸的濃度、增加鋅粒的表面積等；
（4）①要對比試驗效果，除了反應的物質的量不一樣以外，要保證其它條件相同，而且是探究硫酸銅量的影響，則每組硫酸的量需要保持相同，六組反應的總體積也應該相同．A組中硫酸為30ml，那么其它組硫酸量也都為30mL，而硫酸銅溶液和水的總量應相同，F(xiàn)組中硫酸銅20ml，水為0，那么總量為20ml，所以V₆=10mL，V₉=17.5mL，V₁=30mL，
故答案為：30；10；17.5；
②因為鋅會先與硫酸銅反應，直至硫酸銅反應完才與硫酸反應生成氫氣，硫酸銅量較多時，反應時間較長，而且生成的銅會附著在鋅片上，會阻礙鋅片與硫酸繼續(xù)反應，氫氣生成速率下降，
故答案為：當加入的CuSO₄溶液超過一定量時，生成的單質Cu會沉積在Zn的表面，降低了Zn與溶液的接觸面積．

點評 本題考查了影響化學反應速率的因素，題目難度中等，明確影響化學反應速率的因素為解答關鍵，本題的易錯點為（4），V₁、V₆、V₉的判斷需要根據(jù)對照試驗要求分析表中數(shù)據(jù)，最后一問應該能夠想到“覆蓋”的問題．