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）请写出上述实验中可以加快氢气生成速率的反应的化学方程式：__________________；

（2）实验室中现有Na₂SO₄、MgSO₄、Ag₂SO₄、K₂SO₄等4种溶液，可与实验中CuSO₄溶液起相似作用的是________；

（3）要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有_________________ (任答两种)；

（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。

实验 混合溶液	A	B	C	D	E	F
4mol/L H2SO4/mL	30	V1	V2	V3	V4	V5
饱和CuSO4溶液 /mL	0	0.5	2.5	5	V6	20
H2O /mL	V7	V8	V9	V10	10	0

①请完成此实验设计，其中：V₁=         ，V₆=         ，V₉=         ；

②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；

③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）Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu Zn+H2SO4=ZnSO4+H2­↑；

（2）Ag2SO4

（3）升高反应温度，适当增加硫酸的浓度，增加锌粒的表面积(答两个)。

（4）①V1=30 V6=10 V9=17.5 ②灰黑色，暗红色。 ③当加入一定量的CuSO4后，生成的单质铜会沉积在Zn的表面降低了Zn与溶液接触的表面。

【解析】

试题分析：（1）用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，加入少量硫酸铜溶液，由于物质的氧化性：Cu2+>H+，所以首先会发生反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu ，然后发生反应：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2­↑；置换出来的铜与锌及硫酸会构成原电池，Zn作负极导致氢气生成速率加快；（2）实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液，可与实验中CuSO4溶液起相似作用的是金属活动性小于Zn的盐溶液，根据金属活动性顺序表可知应该是Ag2SO4；（3）要加快上述实验中气体产生的速率，根据影响化学反应速率的因素可知，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要对比试验效果，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，V1=30mL，那么总量为50ml， V6=10ml， V9=50ml-30mL-2.5mL=17.5mL；②反应一段时间后，实验A中金属锌由于发生反应，表面不致密、光滑，使的金属呈灰黑色，实验E中的产生的Cu附着在Zn表面，使金属呈暗红色；③通过实验会发现：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，由于产生的大量的铜在Zn表面附着，使Zn与溶液接触的表面减小，导致生成氢气的速率反而会下降。

【考点定位】考查化学实验方案的设计及评价的知识。

【名师点睛】化学反应速率的影响因素有内因和外因，在内因（反应物不变）相同的情况下，外界条件可以影响化学反应速率，如温度、催化剂、浓度、压强、原电池反应原理、固体表面积大小、溶剂、光等；在设计实验验证各组外界条件对化学反应速率影响时，一定要采用对照实验，只改变一个条件，其它反应条件都相同，这样得到的结论才是正确的。