Question

【題目】已知鋅與硫酸可以發生反應生成硫酸鋅和氫氣。某研究性學習小組在探究“影響鋅與硫酸反應快慢的因素”時，發現一個意外現象：硫酸中混有硫酸銅溶液時，產生氫氣的速率更快。

（查閱資料）①鋅與硫酸反應的符號表達式Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

②鋅與硫酸銅溶液反應的符號表達式Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

③硫酸溶液中含有H+、硫酸根離子（用化學用語表示_____________）；硫酸銅溶液中含有Cu2+、硫酸根離子；硫酸鋅溶液中含有Zn2+、硫酸根離子。

（提出問題）是什么離子導致產生氫氣的速率加快？

（猜想假設）甲同學：可能與銅離子有關；

乙同學：可能與硫酸根離子有關；

丙同學認為乙的猜想不科學，理由是_________。

（實驗驗證）寫出儀器①的名稱__________。用A、B兩組儀器進行實驗：

步驟一：檢查裝置氣密性。連接AB，用拇指堵住導管口，從長頸漏斗加水至一定高度，靜置，觀察到_______，即為氣密性良好。

步驟二：量取2份質量分數為20%的稀硫酸各20mL，第一份加入質量分數為10%的硫酸銅溶液1mL，第二份加入質量分數為10%的硫酸鋅溶液1mL。稱取2份形狀相同鋅粒各1g，分別與以上溶液反應。反應裝置如圖A所示。用此裝置實驗時，長頸漏斗下端要插入液面以下，目的是__________。

步驟三：用B收集氣體，分別記錄收集一瓶氣體（集氣瓶規格均為125mL）所需的時間（如下表），什么時間開始收集氣體？__________。（填“氣泡連續均勻”或“剛有氣泡”）

編號	20%的稀硫酸各20mL	鋅粒	收集1瓶氫氣所需的時間
①	加入質量分數為10%的硫酸銅溶液1mL	1g	2分10秒
②	加入質量分數為10%的硫酸鋅溶液1mL	1g	3分01秒

（得出結論）硫酸中混有硫酸銅溶液時，產生氫氣的速率加快與__________有關。實驗②中加入質量分數為10%的硫酸鋅溶液1mL的作用是__________。

（反思質疑）丁同學認為：鋅與混有硫酸銅的硫酸溶液反應時，產生氫氣的速率較快可能與銅單質有關，他質疑的理由是__________。

（繼續探究）請你設計一個實驗方案驗證丁同學的觀點是否正確。

編號	實驗步驟	實驗現象比較	實驗結論
①	取1g鋅粒于錐形瓶中， 加入20mL 20%的稀硫酸	__________	產生氫氣的速率較快與銅單質有關
②	__________

Answer 1

【答案】SO42- 硫酸溶液中本身含有硫酸根離子 水槽； 步驟一：液面不下降 步驟二：保證氣體不從漏斗處逸出， 步驟三：剛有氣泡 銅離子 加入的硫酸銅溶液對硫酸濃度會產生影響，加入等量的硫酸鋅溶液是為了控制硫酸濃度變化對實驗數據產生干擾（答到對比實驗或控制具體變量均給分） 鋅會與硫酸銅反應生成銅單質 取1g鋅粒于錐形瓶，加入少量銅，再加入20mL 20%的稀硫酸 實驗現象比較：②中反應速率比①快

【解析】

查閱資料：

硫酸根離子的符號為SO42-；

猜想假設：

丙同學認為乙的猜想不科學，理由是硫酸溶液中本身含有硫酸根離子；

實驗驗證：

儀器①的名稱是水槽。用A、B兩組儀器進行實驗：

步驟一：檢查圖A所示裝置氣密性，采用的方法是：連接AB，用拇指堵住導管口，從長頸漏斗加水至一定高度，靜置，觀察液面不下降，即為氣密性良好；

步驟二：長頸漏斗下端要插入液面以下，形成液封，目的是保證氣體不從漏斗處逸出；

實驗三：用B收集氣體，分別記錄收集一瓶氣體（集氣瓶規格均為125ml）所需的時間（如表），等到剛有氣泡時立刻收集；

得出結論：

根據實驗現象可知，混有硫酸銅溶液時，產生氫氣的速率加快，硫酸銅溶液中存在硫酸根離子和銅離子，所以硫酸中混有硫酸銅溶液時，產生氫氣的速率加快與銅離子有關；實驗②中加入質量分數為10%的硫酸鋅溶液1ml的作用是加入的硫酸銅溶液對硫酸濃度會產生影響，加入等量的硫酸鋅溶液是為了控制硫酸濃度變化對實驗數據產生干擾（或對比實驗或控制具體變量）；

反思質疑：

鋅與混有硫酸銅的硫酸溶液反應時，產生氫氣的速率較快可能與銅單質有關，他質疑的理由是在金屬活動性順序中，鋅排在銅的前面，鋅會與硫酸銅反應生成銅單質；

繼續探究：

為驗證銅單質對產生氫氣的速率的影響，可采用對比實驗的方法，設計實驗如下：取1g鋅粒于錐形瓶中，加入20ml20%的稀硫酸，再取1g鋅粒于錐形瓶，加入少量銅，再加入20mL 20%的稀硫酸，②中反應速率比①快，產生氫氣的速率較快與銅單質有關。