Question

【題目】足量鋅與濃H2SO4充分在加熱下反應生成會SO2和H2的混合氣體；鋅和稀硫酸反應只有H2生成。現有甲乙兩研究小組分別實驗探究：

（1）甲研究小組按下圖實驗驗證鋅與濃硫酸反應生成物中SO2和H2，取少量的Zn置于b中，向a中加入100mL18.5mol·L－1的濃硫酸，經過一段時間反應，Zn完全溶解

①填寫儀器名稱：a_____________、b_________。

②寫出裝置A中生成能使品紅溶液褪色的化學反應方程式：_________________。

③裝置D中加入的試劑是__________。

④U型管G的作用為______________。

⑤有同學認為A、B間應增加圖中的甲裝置，該裝置的作用為__________。

⑥證明反應生成SO2和H2的實驗現象是_________________。

⑦若A中生成標準狀況下的氣體33.6L，將A反應后的溶液稀釋到1L，測得溶液中H＋的濃度為0.1 mol·L-1，則稀釋液中SO42－的物質的量濃度是_________ mol·L-1。

（2）乙研究小組為了探究鋅與稀硫酸反應過程中的速率及能量的變化，進行以下實驗，分析影響反應速率的因素。

實驗時，從斷開K開始，每間隔1分鐘，交替斷開或閉合K，并連續計數每1 分鐘內從a管流出的水滴數，得到的水滴數如下表所示：

1分鐘水滴數（斷開K）	34	59	86	117	…	102
1分鐘水滴數（閉合K）	58	81	112	139	…	78

分析反應過程中的水滴數，請回答：

① 由水滴數58>34、81>59，說明在反應初期，閉合K時比斷開K時的反應速率快，主要原因是形成原電池反應速度快。

② 由水滴數102>78，說明在反應后期，斷開K時的反應速率快于閉合K時的反應速率，主要原因是_____________________________________。

③ 從能量轉換形式不同的角度，分析水滴數86>81、117>112的主要原因是：_______。

Answer 1

【答案】 分液漏斗 圓底燒瓶 Zn+2H2SO4(濃) ZnSO4+2H2O+SO2↑ 濃硫酸 防止空氣中的水蒸氣進入干燥管，干擾實驗 防止倒吸 B中品紅褪色，E中有紅色物質生成且F中的無水硫酸銅變藍 1.55 mol·L－1 斷開K時，溶液中的c(H+)大于閉合K時溶液中的c(H+), c(H+)的影響是主要因素 斷開K時，反應的化學能主要轉化成熱能；閉合K時，反應的化學能主要轉化成電能。

前者使溶液的溫度升得更高是主要影響因素，故反應速率更快

【解析】裝置A是用來 制備SO2的反應裝置，

二氧化硫可使品紅溶液褪色，B中品紅褪色，可檢驗二氧化硫的存在。SO2還具有還原性，高錳酸鉀氧化二氧化硫可除去二氧化硫，C中酸性高錳酸鉀不再褪色后，說明二氧化硫已經除盡。鋅和稀硫酸反應生成氫氣和硫酸鋅，裝置D是干燥裝置，用來除去氣體通過溶液時帶出的水汽，氫氣通過熱的氧化銅生成銅和水， E中有紅色物質生成，說明有銅生成，F中無水硫酸銅變藍，說明有水生成，即證明有氫氣產生，U型管G的作用防止空氣中的水蒸氣進入干燥管，干擾實驗。

（1）①裝置A是用來 制備SO2的反應裝置，a、b分別為分液漏斗，圓底燒瓶。②裝置A是用來 制備SO2的反應裝置，反應方程式為：Zn+2H2SO4(濃) ZnSO4+2H2O+SO2↑ 。

③裝置D是干燥反應中產生的H2裝置，使用的是濃硫酸作干燥劑。

④U型管G的作用為防止空氣中的水蒸氣進入干燥管，干擾實驗。

⑤A、B間會發生倒吸的現象，在A、B間甲裝置，主要是防倒吸。

⑥二氧化硫可使品紅溶液褪色，可用于檢驗二氧化硫的存在，，若有H2產生，氫氣通過熱的氧化銅生成銅和水， E中有紅色物質生成，說明有銅生成，F中無水硫酸銅變藍，說明有水生成，即證明有氫氣產生。

⑦反應后測得溶液c（H+）為0.1mol/L，則n剩余（H2SO4）=0.1mol/L×1L×1/2

=0.05mol，假定氣體A全部為二氧化硫，根據硫原子守恒可知，生成二氧化硫的物質的量=18.5mol/L×0.1L-0.05mol=1.8mol，實際氣體A的物質的量=

33.6L

22.4L/mol

=1.5mol，小于1.8mol，故生成氣體為SO2、H2，令SO2、H2的物質的量分別為xmol、ymol，則：

Zn+2H2SO4=ZnSO4+SO2↑+H2O，

2xmol xmol

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，

ymolymol

故：x+y=1.5，2x+y=1.8，聯立方程，解得：x=0.3，y=1.2故答案為：SO2=0.3mol，H2=1.2mol；

（2）根據硫原子根守恒n（H2SO4）-n（SO2）=18.5mol/L×0.1L-0.3mol=1.55mol，故1L溶液c(SO42－)= 1.55 mol·L－1

（2）①反應剛開始時，因閉合K時形成了原電池，故比斷開K時，反應產生氫氣的速率快；②到反應后期，先前斷開K時，溶液中的c(H+)較大，隨反應進行，溶液中c(H+)降低，故此時閉合K時反應速率較小；③ 在該階段，斷開K時，反應的化學能主要轉化成熱能；使溶液的溫度升高，反應速率加快；而閉合K時，反應的化學能主要轉化成電能，產生氫氣速率就較慢。