Question

【題目】I．現用下圖裝置來測定某原電池工作時在某段時間內通過導線的電子的物質的量。量筒的規格為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__________，其電極反應式為_________________________。

（2）當量筒中收集到672 mL(標準狀況下)氣體時，通過導線的電子的物質的量為__________，此時a電極質量減少__________g。

II．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用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。（假設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請完成此實驗設計，其中：V3=____________， V8=______________；

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_____________________。

③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）。

p>

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反應產生的Cu與Zn以及硫酸溶液形成Cu/Zn原電池，加快了氫氣產生的速率 升高反應溫度、適當增加硫酸的濃度、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，其電極反應式為：2H++2e-═H2↑；
(2)如果將a、b兩電極的電極材料對調，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)當量筒中收集到672mL(標準狀況下)氣體，則n(H2)= ==0.03mol，已知b上的電極反應式為：2H++2e-═H2↑，則通過導線的電子的物質的量為0.06mol，a電極上的反應為：Zn-2e-═Zn2+，則溶解的Zn的物質的量為0.03mol，則減小的Zn的質量為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，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；
(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；
(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；
(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；
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反應，氫氣生成速率下降；
③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，
1mol22.4L
n(H2SO4)0.112L
解得：n(H2SO4)=0.005mol，v===0.01mol/(Lmin)。