Question

某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：

(1)上述实验中发生反应的化学方程式有________________________。

(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是________________________。

(3)实验室中现有Na₂SO₄、MgSO₄、Ag₂SO₄、K₂SO₄等4种溶液，可与上述实验中CuSO₄溶液起相似作用的是________。

(4)要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有____________________(答两种)。

(5)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。

请完成此实验设计，其中：V₁＝___________，V₆＝___________，V₉＝___________；

反应一段时间后，实验A中的金属呈___________色，实验E中的金属呈___________色；

该同学最后得出的结论为：当加入少量CuSO₄溶液时，生成氢气的速率会大大提高。但当加入的CuSO₄溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因___________。

Answer

(1)CuSO4＋Zn===ZnSO4＋Cu，Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑（各1分）

(2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu－Zn微电池，加快了氢气产生的速率（2分）

(3)Ag2SO4（2分）

(4)升高反应温度、适当增加硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等(答两种即可) （2分）

(5)①30 10 17.5 （各1分） ②灰黑 暗红 （各1分）

③当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与溶液的接触面积（2分）

【解析】

试题分析：（1）锌为活泼金属，加入硫酸铜，发生Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，置换出铜，CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu—Zn原电池，加快了氢气产生的速率，有关反应的方程式为CuSO4＋Zn===ZnSO4＋Cu，Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。

（2）CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu－Zn微电池，加快了氢气产生的速率；

（3）Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液中，能与锌发生置换反应且能形成原电池反应的只有Ag2SO4。

（4）对于溶液中的化学反应，影响反应速率的因素还有浓度、温度、催化剂以及固体表面积大小等，要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有升高反应温度、适当增加硫酸的浓度、增加锌粒的表面积等。

（5）①要研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，必须做对比实验，除了反应的物质的量不一样以外，要保证其它条件相同，而且是探究硫酸铜量的影响，那么每组硫酸的量要保持相同，六组反应的总体积也应该相同。A组中硫酸为30ml，那么其它组硫酸量也都为30ml．而硫酸铜溶液和水的总量应相同，F组中硫酸铜20ml，水为0，那么总量为20ml，所以V1=30mL，V6=10mL，V9=17.5mL。

②反应一段时间后，实验A中锌只与稀硫酸反应，则金属呈灰黑色，实验E中有铜生成，则金属呈暗红色；

③因为锌会先与硫酸铜反应，直至硫酸铜反应完才与硫酸反应生成氢气，则加入的CuSO4较多时，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与溶液的接触面积，导致氢气的生成速率下降。

【考点定位】考查影响化学反应速率的因素。

【名师点睛】控制变量法探究影响化学反应速率的因素：影响化学反应速率的因素有多种，在探究相关规律时，需要控制其他条件不变，只改变某一个条件，探究这一条件对反应速率的影响。变量探究实验因为能够考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据归纳得出合理结论的能力，因而在这几年高考试题中有所考查。解答此类题时，要认真审题，清楚实验目的，弄清要探究的外界条件有哪些。然后分析题给图表，确定一个变化的量，弄清在其他几个量不变的情况下，这个变化量对实验结果的影响，进而总结出规律。然后再确定另一个变量，重新进行相关分析。