Question

【題目】某同學在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實驗中，發現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）上述實驗中發生反應的離子方程式有：；
（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 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請完成此實驗設計，其中：V3= ， V8=；
②反應一段時間后，實驗A中的金屬呈色，實驗E中的金屬呈色；
③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 ．
④實驗A測得：收集到產生H2體積為112mL（標準狀況下）時所需的時間為10分鐘，求化學反應速率ν（H2SO4）=（忽略反應前后溶液體積變化）．

Answer 1

【答案】
（1）Zn+2H+═Zn2++H2↑、Zn+Cu2+═Zn2++Cu
（2）CuSO4與Zn反應產生的Cu與Zn形成Cu﹣Zn﹣稀硫酸原電池，加快了氫氣產生的速率
（3）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）30；19.5；灰黑；暗紅；當加入一定量的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】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，反應的有關離子方程式為：Zn+2H+═Zn2++H2↑、Zn+Cu2+═Zn2++Cu，所以答案是：Zn+2H+═Zn2++H2↑、Zn+Cu2+═Zn2++Cu；
（2.）鋅為活潑金屬，加入硫酸銅，發生Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，置換出銅，與鋅形成原電池反應，化學反應速率加快，
所以答案是：CuSO4與Zn反應產生的Cu與Zn形成Cu﹣Zn﹣稀硫酸原電池，加快了氫氣產生的速率；
（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，所以答案是：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，每組硫酸的量要保持相同，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組中硫酸銅20mL，水為0，那么總量為20mL，則V8=20mL﹣0.5mL=19.5mL，V3=30mL，所以答案是：30；19.5；②A中沒有加入硫酸銅，鋅與稀硫酸反應后，鋅的表面凹凸不平，有很多細小的鋅的顆粒，由于顆粒很小，光被完全吸收，所以看到的固體是灰黑色；Zn能夠置換出Cu附著在Zn表面，金屬變為暗紅，所以答案是：灰黑色；暗紅；③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反應，氫氣生成速率下降，所以答案是：當加入一定量的硫酸銅后，生成的單質銅會沉積在鋅的表面，降低了鋅與溶液的接觸面積；④收集到產生H2體積為112mL（標準狀況下）時所需的時間為10分鐘，

H2SO4	～	H2
1mol		22.4L
n（H2SO4）		0.112L

解得：n（H2SO4）=0.005mol，v= = =0.01mol/（Lmin），
所以答案是：0.01mol/（Lmin）．