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)加入少量硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是___________。

(3)要加快上述实验中气体产生速率，还可以采取的措施有___________，___________(答两种)

(4)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。

实验混合溶液	A	B	C	D	E	F
4 mol/L H2SO4(mL)	50	V1	V2	V3	V4	V5
饱和CuSO4溶液(mL)	0	5	15	25	V6	50
H2O(mL)	V7	V8	V9	V10	10	0

①请完成此实验设计，其中：V₁=______，V₆=______，V₇=_______。

②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

CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 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 升高反应温度 适当增大硫酸的浓度、或增加锌的比表面积等 50 40 50 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H2SO4溶液的接触面积

【解析】

锌较活泼，可与硫酸铜、硫酸等发生置换反应；硫酸铜溶液加快氢气生成的速率，原因是形成原电池反应；结合浓度、温度、催化剂等因素对反应速率的影响分析；为保证实验有对比性，只能逐渐改变一个变量分析，CuSO4溶液体积逐渐增多，故H2SO4的量应相等均为50mL，水的量减小，但每组实验中CuSO4与水的体积之和应相等；生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，影响了反应速率，据此分析。

(1)因为Cu2+的氧化性比H+的强，所以加入硫酸铜，Zn先跟硫酸铜反应，反应完后再与酸反应，反应的有关方程式为Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu、Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑；

(2)锌为活泼金属，加入硫酸铜，发生Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，置换出铜，与锌形成原电池反应，化学反应速率加快；

(3)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；

(4)①要对比实验效果，那么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50ml，那么其它组硫酸量也都为50ml，而硫酸铜溶液和水的总量应相同，F组中硫酸铜50ml，水为0，那么总量为50ml，所以V1=50ml、V6=40ml、V7=50ml；

②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，硫酸铜量较多时，反应时间较长，而且生成的铜会附着在锌片上，会阻碍锌片与硫酸继续反应，氢气生成速率下降。