Question

為節(jié)省藥品和時間，甲、乙、丙三位同學用銅片、鋅片、稀硫酸、CuSO₄溶液、直流電源、石墨電極、導線、燒杯、試管等中學化學常見的藥品和儀器（用品），通過巧妙的構思，設計了比較銅、鋅金屬活動性相對強弱的系列實驗．試填寫下列空白：
（1）甲同學分別將一小片銅片、鋅片置于燒杯底部（銅與鋅不接觸），向燒杯中小心加入稀硫酸，觀察到的現(xiàn)象是

鋅片上有氣泡產(chǎn)生，銅片上無氣泡

．甲同學的設計思路是

鋅能置換出酸中的氫，而銅不能

．
（2）乙同學接著甲的實驗，向燒杯中滴加

硫酸銅

溶液，進而觀察到的現(xiàn)象是

鋅片上有紅色的銅析出，鋅片上產(chǎn)生氣泡的速率明顯加快

．
乙同學作出鋅、銅金屬活動性相對強弱的結論所依據(jù)的原理是

活潑金屬可以把不活潑金屬從其鹽溶液中置換出來（或Zn、Cu、稀硫酸組成原電池，Zn為負極）

．
（3）丙同學使用直流電源、石墨電極組裝好電解裝置，向乙同學實驗后的溶液中補充了必要的試劑

硫酸銅

 溶液（作為電解液）．反應在調控下隨即開始，實驗中有關反應的化學方程式為

2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄

．實驗中的明顯現(xiàn)象是

陰極上有紅色銅析出，陽極附近有氣體產(chǎn)生

．
（4）請你再單獨設計一個簡單的實驗（試劑、儀器自選），探究和證實鋅、銅金屬活動性的相對強弱（簡要說明操作和現(xiàn)象）

分別取一小片銅片與鋅片置于兩支試管中，向試管中加入少量淺綠色的FeCl₂溶液，片刻后，加鋅片的試管中溶液的顏色褪去，溶液近乎無色（其他可行答案也可）

．

Answer 1

分析：（1）甲同學用兩種金屬放到酸中是否產(chǎn)生氣泡或產(chǎn)生氣泡的快慢來比較金屬性強弱；
（2）乙同學在甲的基礎上，加入CuSO₄溶液觀察現(xiàn)象，鋅與少量硫酸銅發(fā)生置換反應生成的銅附在鋅表面形成微型原電池，根據(jù)金屬腐蝕速率確定金屬性強弱；
（3）丙同學在乙同學的基礎上運用電解原理來分析，根據(jù)離子放電順序確定金屬性強弱；
（4）從氧化還原反應的先后順序去證明金屬的活潑性．

解答：解：（1）甲同學用兩種金屬放到酸中是否產(chǎn)生氣泡或產(chǎn)生氣泡的快慢來比較金屬性強弱，
鋅和酸反應生成氫氣，所以鋅表面有氣泡生成，銅和稀硫酸不反應，所以銅片上沒有氣泡產(chǎn)生，其設計思路為：鋅能置換出酸中的氫，而銅不能，
故答案為：鋅片上有氣泡產(chǎn)生，銅片上無氣泡；鋅能置換出酸中的氫，而銅不能；
（2）乙同學在甲的基礎上，加入CuSO₄溶液觀察現(xiàn)象，鋅與少量硫酸銅發(fā)生置換反應生成的銅附在鋅表面形成微型原電池，鋅作負極而加速被腐蝕，所以加快了反應速率，產(chǎn)生氣泡的速率加快，說明鋅比銅活潑，
故答案為：CuSO₄；鋅片上有紅色的銅析出，鋅片上產(chǎn)生氣泡的速率明顯加快；活潑金屬可以把不活潑金屬從其鹽溶液中置換出來（或Zn、Cu、稀硫酸組成原電池，Zn為負極）；
（3）在含有銅離子和鋅離子的溶液中進行電解實驗，不活潑金屬陽離子先得電子而析出單質，陰極上先析出銅單質，電池反應式為2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，說明鋅比銅活潑，所以應該向乙的實驗后的溶液中加入硫酸銅，電解時，陰極上銅離子放電生成銅單質，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，所以看到的現(xiàn)象是：陰極上有紅色銅析出，陽極附近有氣體產(chǎn)生，
故答案為：CuSO₄；2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；陰極上有紅色銅析出，陽極附近有氣體產(chǎn)生；
（4）可以從氧化還原反應的先后順序去證明金屬的活潑性，即與同種氧化劑接觸時，活潑性強的金屬先與氧化劑反應，活潑性弱的金屬后與氧化劑反應，因此可以將鋅、銅分別同時加入到少量淺綠色的氯化亞鐵溶液中，加入鋅的溶液褪色，說明鋅比銅活潑，所以其操作方法是：分別取一小片銅片與鋅片置于兩支試管中，向試管中加入少量淺綠色的FeCl₂溶液，片刻后，加鋅片的試管中溶液的顏色褪去，溶液近乎無色（其他可行答案也可），
故答案為：分別取一小片銅片與鋅片置于兩支試管中，向試管中加入少量淺綠色的FeCl₂溶液，片刻后，加鋅片的試管中溶液的顏色褪去，溶液近乎無色（其他可行答案也可）．

點評：本題以原電池和電解池原理為載體考查了金屬性強弱的判斷方法，從離子的放電順序、失電子難易、與酸反應速率快慢等方面來設計實驗即可，明確物質的性質是解本題關鍵，同時考查學生學以致用的能力，難度中等．