Question

通常狀況下，氫氣是所有氣體中密度最小的．因此氫氣以前曾被用于飛艇和載人氣球．某實驗小組同學設計了右圖裝置模擬氫氣探空氣球（裝置中氣球固定在礦泉水瓶上）．將氣球中的鎂條加入到硫酸溶液中，恰好完全反應．
（1）計算反應生成氫氣的質量；
（2）計算所用硫酸溶液的質量；
（3）假設反應后裝置內外壓強相等，通過估算后回答：
該裝置在空氣中能否上浮，并說明理由．

 

（不必寫出具體估算過程）估算時參考的數據有：
①空氣的密度可按1.3g?L^-1計算；  ②氫氣的密度可按0.09g?L^-1計算；  ③礦泉水瓶和氣球皮的質量約為20g．

Answer 1

分析：根據鎂與硫酸反應的化學反應方程式，將鎂的質量代入化學反應方程式來計算氫氣的質量、硫酸質量，再利用硫酸硫酸的質量分數來計算溶液質量，

解答：解：（1）設反應生成氫氣的質量為x，
Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑
24             2
7.2g           x

24

7.2g

=

2

x

，解得x=0.6g，
答：反應生成氫氣的質量為0.6g；
（2）設參加反應的硫酸的質量為y，
 Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑
 24   98
7.2g   y

24

7.2g

=

98

y

，解得=29.4g
則所用硫酸溶液的質量為

29.4g

30%

=98g，
答：所用硫酸溶液的質量為98g；
（3）礦泉水瓶和氣球皮的質量約為20g，由氫氣的質量為0.6g，
氫氣的體積應為

0.6g

0.09g?L-1

=6.7L
忽略瓶子中溶液的體積，估算瓶子、氣球和氫氣的總密度大約為

20g+98g+7.2g

6.7L

=18.7g/L＞1.3g?L^-1，
即其密度大于空氣的密度，所以不能上浮．
也可這樣分析：
H₂的質量為0.6g=0.6x10^-3Kg，因為H₂的密度小于空氣的密度，則H₂提供浮力，則F浮=mg=0.6x10^-3x10=6x10^-3N（g取10計算），
而裝置的總質量大約是20+98+7.2g=125.8g=0.1258Kg，
則重力為0.1258x10=1.258N＞F浮
此時還未計算空氣的重力，因此F浮是遠遠小于重力的，
故答案為：不能，因為該裝置中的瓶子、氣球和氫氣的總密度大于空氣的密度，所以該裝置不能上浮或因該裝置中的重力遠大于裝置所受的浮力，則不能上浮．

點評：本題考查學生利用化學反應方程式的計算，將鎂的質量代入方程式計算即可，關于裝置能否上浮問題注重了學科之間的綜合，難度較大，建議使用密度來分析而不采用重力與浮力的關系來分析．