Question

某學生查得以下資料：在稀H₂SO₄溶液中，H₂SO₄產生了能夠自由移動的H⁺和SO₄^2-，這樣的過程稱為電離，HCl、NaOH、KNO₃在水溶液中均發生電離．鋅與稀H₂SO₄、稀HCl反應的實質是：稀H₂SO₄、稀HCl電離出H⁺，H⁺與Al發生置換反應而生成H₂．研究表明，在其他條件相同時，同樣的鋁片與濃度相等的稀硫酸、稀鹽酸反應生成H₂的反應劇烈程度相等．濃度增大，則反應更劇烈．該學生在一次實驗中用鋁片分別跟H⁺濃度相等的稀鹽酸、稀硫酸反應，結果發現鋁片跟稀鹽酸反應現象非常明顯，而跟稀硫酸卻幾乎不反應．這一結果和上述資料的記載不一致，是什么原因呢？為了尋找原因，該學生在教師指導下重新用純度極高的濃硫酸和濃鹽酸配制了一定濃度的稀溶液，然后加入規格（0.1×10×25mm）相同、純度≥99.5%的鋁片，驗證是否確實存在上述現象，實驗結果如下表：

酸及反應進程	1min	2min	5min	15min	20min
a%  HCl	少量氣泡	較多氣泡	大量氣泡	反應劇烈	鋁片耗盡
b%  H2SO4	均無明顯現象（無氣泡）
c%  H2SO4	均無明顯現象（無氣泡）

注：a% HCl 與b% H₂SO₄中H⁺濃度相同，c% H₂SO₄中H⁺濃度大于a% HCl中H⁺濃度．
（1）為了探究“鋁跟稀鹽酸、稀硫酸反應存在差異的原因”，你能對該原因作出哪些假設（或猜想）？
假設一：

Cl^-促進金屬鋁表面的氧化膜與H⁺反應

；
假設二：

SO₄^2-對金屬鋁表面的氧化膜與H⁺反應對起阻礙作用

．
（2）請你設計一個實驗方案來驗證你的假設，寫出你的設計思路（或設計原理）．

①向3支試管中分別加入5mL5%H₂SO₄溶液和已給鋁片，向其中一支加入少量的Na₂SO₄晶體，無明顯想象（同未加的對比）；向另一支試管中加入少量的NaCl晶體，有氣泡產生（同未加的對比）；②向2支試管中分別加入5mL10%HCl溶液和已給鋁片，向其中一支試管中加入少量的Na₂SO₄晶體，氣泡立即明顯減少（和另一支未加相比）．

．

Answer 1

分析：根據鋁的表面有一層致密氧化鋁薄膜以及鹽酸和硫酸溶液中含有的離子的不同分析探究鋁與稀鹽酸和稀硫酸反應的差異原因；利用固定變量法探究氯離子和硫酸根離子對金屬鋁表面的氧化膜與H+反應的影響．

解答：解：（1）在鋁的表面有一層致密氧化鋁薄膜，當加入鹽酸和硫酸溶時，酸液首先與氧化鋁薄膜反應，由反應的現象可知，鋁片和稀鹽酸反應現象明顯，而和稀硫酸幾乎不反應，比較鹽酸和硫酸溶液中含有的離子的不同，出現這種現象的原因可能是：氯離子促進金屬鋁表面的氧化膜與H⁺反應，硫酸根離子對金屬鋁表面的氧化膜與H⁺反應對起阻礙作用，所以假設一：促進金屬鋁表面的氧化膜與H⁺反應；假設二：對金屬鋁表面的氧化膜與H⁺反應對起阻礙作用；
為了探究氯離子和硫酸根離子對金屬鋁表面的氧化膜與H⁺反應的影響，可以設計的實驗方案是：①向3支試管中分別加入5mL5%H₂SO₄溶液和已給鋁片，向其中一支加入少量的Na₂SO₄晶體，無明顯想象（同未加的對比）；向另一支試管中加入少量的NaCl晶體，有氣泡產生（同未加的對比）；②向2支試管中分別加入5mL10%HCl溶液和已給鋁片，向其中一支試管中加入少量的Na₂SO₄晶體，氣泡立即明顯減少（和另一支未加相比）．
故答為：Cl^-促進金屬鋁表面的氧化膜與H⁺反應；SO₄^2-對金屬鋁表面的氧化膜與H⁺反應對起阻礙作用；
①向3支試管中分別加入5mL5%H₂SO₄溶液和已給鋁片，向其中一支加入少量的Na₂SO₄晶體，無明顯想象（同未加的對比）；向另一支試管中加入少量的NaCl晶體，有氣泡產生（同未加的對比）；②向2支試管中分別加入5mL10%HCl溶液和已給鋁片，向其中一支試管中加入少量的Na₂SO₄晶體，氣泡立即明顯減少（和另一支未加相比）．

點評：本題的難度較大，解題的方法是：根據鹽酸和硫酸與鋁片反應的現象的不同，對比鹽酸和硫酸溶液中含有的離子的不同分析可能的原因，再利用固定變量法設計實驗論證假設．