Question

【題目】I．現(xiàn)用下圖裝置來測定某原電池工作時在某段時間內(nèi)通過導(dǎo)線的電子的物質(zhì)的量。量筒的規(guī)格為1000 mL，供選擇的電極材料有純銅片和純鋅片。請回答下列問題：

（1）b電極材料為__________，其電極反應(yīng)式為_________________________。

（2）當(dāng)量筒中收集到672 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體時，通過導(dǎo)線的電子的物質(zhì)的量為__________，此時a電極質(zhì)量減少__________g。

II．某同學(xué)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(yīng)的離子方程式有：________________________________；

（2）硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是____________________________________；

（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___________________（答兩種）；

（4）為了進一步研究硫酸銅的用量對氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)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(yīng)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。（假設(shè)混合溶液總體積等于混合前各溶液的體積之和）

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

①請完成此實驗設(shè)計，其中：V3=____________， V8=______________；

②該同學(xué)最后得出的結(jié)論為：當(dāng)加入少量CuSO4溶液時，生成氫氣的速率會大大提高。但當(dāng)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_____________________。

③實驗A測得：收集到產(chǎn)生H2體積為112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時所需的時間為10分鐘，求化學(xué)反應(yīng)速率ν(H2SO4)=________________________（忽略反應(yīng)前后溶液體積變化）。

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Answer 1

【答案】 純銅片 2H＋＋2e－===H2↑ 0.06 mol 1.95 Zn + 2H+ ==Zn2+ + H2↑ Zn + Cu2+ == Zn2+ + Cu CuSO4與Zn反應(yīng)產(chǎn)生的Cu與Zn以及硫酸溶液形成Cu/Zn原電池，加快了氫氣產(chǎn)生的速率 升高反應(yīng)溫度、適當(dāng)增加硫酸的濃度、增大鋅粒的比表面積等（答兩種即可） 30 19.5 當(dāng)加入一定量的CuSO4后，生成的Cu會沉積在Zn的表面，降低了Zn與溶液的接觸面積，使得生成氫氣的速率下降 0.01mol/(L·min)

【解析】I．(1)純銅片和純鋅片、稀硫酸組成原電池，由圖可知b電極處有氫氣生成，則b為銅，為正極；a為鋅，為負極；b上氫離子得電子生成氫氣，其電極反應(yīng)式為：2H++2e-═H2↑；
(2)如果將a、b兩電極的電極材料對調(diào)，則右邊為鋅失電子作負極，左邊為銅為正極，氫離子得電子生成氫氣，則左邊上有氫氣生成，所以U形管中左端溶夜下降，右端溶夜上升；故答案為：左端溶夜下降，右端溶夜上升；
(3)當(dāng)量筒中收集到672mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體，則n(H2)= ==0.03mol，已知b上的電極反應(yīng)式為：2H++2e-═H2↑，則通過導(dǎo)線的電子的物質(zhì)的量為0.06mol，a電極上的反應(yīng)為：Zn-2e-═Zn2+，則溶解的Zn的物質(zhì)的量為0.03mol，則減小的Zn的質(zhì)量為65g/mol×0.03mol=1.95g；

II．：(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(yīng)，反應(yīng)完后再與酸反應(yīng)，反應(yīng)的有關(guān)離子方程式為：Zn+2H+═Zn2++H2↑、Zn+Cu2+═Zn2++Cu；
(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(yīng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快；
(3)對于溶液中的化學(xué)反應(yīng)，影響反應(yīng)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(yīng)溫度、適當(dāng)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(yīng)的物質(zhì)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，每組硫酸的量要保持相同，六組反應(yīng)的總體積也應(yīng)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(yīng)相同，F組中硫酸銅20mL，水為0，那么總量為20mL，則V8=20mL-0.5mL=19.5mL，V3=30mL；
②因為鋅會先與硫酸銅反應(yīng)，直至硫酸銅反應(yīng)完才與硫酸反應(yīng)生成氫氣，硫酸銅量較多時，反應(yīng)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(yīng)，氫氣生成速率下降；
③收集到產(chǎn)生H2體積為112mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時所需的時間為10分鐘，
H2SO4 ～～～～H2，
1mol22.4L
n(H2SO4)0.112L
解得：n(H2SO4)=0.005mol，v===0.01mol/(Lmin)。