Question

（2011?大慶）社會上曾經出現過有些不法分子用假金元寶騙取路人財物的案件．假設假金元寶為Cu和Zn的合金．甲、乙、丙三位同學為了測定假金元寶中鋅的質量分數設計了如下實驗步驟：
①連接裝置并檢查裝置的氣密性；
②向試管B中加入假金元寶樣品粉末；
③準確操作，記錄C中液面刻度（C為帶有刻度的量氣管，D為可上下移動的水準管）；
④由A向B中滴加稀鹽酸至過量；
⑤B中不在有氣體產生并恢復至室溫后，準確操作，記錄C中液面刻度，計算得到氣體的體積為VmL（經查，該氣體密度為ρ?g/L）．
（1）B中發生的化學反應的化學方程式

Zn+2HCl═ZnCl₂+H₂↑

．
（2）如何向試管B中加粉末狀藥品

試管橫放，用藥匙（或紙槽）將藥品送至試管底部，慢慢豎起試管

．
（3）連接A、B的橡膠管的作用①

使分液漏斗內壓強與試管內壓強相同，有利于液體順利流下

，②

排除向加入鹽酸體積對氣體體積的影響，減小誤差

．
（4）甲同學在不改變實驗裝置的情況下，如何在加入試劑前檢查裝置的氣密性

從D管加入適量水，向上移動D管，若C、D兩管內液面差保持穩定，則裝置氣密性良好

．
（5）甲同學發現試驗中缺少某一步驟，導致缺少某一數據而無法計算，該步驟是：

稱量所取樣品的質量

，假設此步驟測得的數據用a表示，請結合以上數據計算鋅的質量分數為

13ρV

4a

%

（所測數據如為質量，單位為克，如為體積，單位為毫升）．

（6）以上是乙、丙兩位同學做上述實驗的裝置，且在步驟⑤讀數時裝置所處的穩定狀態圖，則將會對實驗結果產生的影響是（假設其余步驟完善且操作準確無誤）：乙

偏小

，丙

偏大

（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．

Answer 1

分析：利用假金元寶中鋅能與稀鹽酸發生置換反應放出氫氣，通過所設計的實驗裝置，測定反應放出氫氣的體積，從而得到反應生成氫氣的質量，根據反應的化學方程式，由氫氣質量計算反應所耗金屬鋅的質量，從而求得樣品中鋅的質量分數．實驗中準確測定氫氣的體積是保證計算結果正確的關鍵，而所加入稀鹽酸的體積、讀數時液面高度不一致所產生的壓強都會影響到氫氣體積的測定，從而對實驗測定結果產生不同程度的影響．

解答：解：（1）假金元寶為Cu和Zn的合金，其中鋅能與所加入的稀鹽酸發生反應，生成氯化鋅和氫氣，反應的化學方程式為Zn+2HCl═ZnCl₂+H₂↑；
（2）向試管內加入粉末狀固體藥品時，為防止藥品沾在試管壁上，應使用藥匙或紙槽將粉末送入試管底部，然后慢慢豎起試管，使藥品集中于試管底部；
（3）使用橡膠管連接A、B，可使兩儀器內壓強相同，能使液體順利流入試管；該連接還可使整套裝置形成一個封閉體系，最終所測定的氣體體積不會受到所加入稀鹽酸體積的影響；
（4）為檢驗裝置氣密性，應使裝置內氣體壓縮而造成裝置內壓強增大，因此應從D管加入適量的水，然后向上移動D管，使C、D兩管出現液面差，從而使裝置內氣體被壓縮，若兩管內液面差保持不變，則裝置氣密性良好；
（5）假金元寶中鋅的質量分數即所含鋅的質量與樣品的質量比，而實驗過程中沒有對樣品的質量進行稱量，而導致無法完成計算；
設生成VmL氫氣時，反應消耗鋅的質量為x
Zn+2HCl═ZnCl₂+H₂↑
65             2
x            V×10^-3×ρ

65

2

=

x

V×10-3×ρ

x=

65ρV

2000

g
假金元寶中鋅的質量分數=

65ρV 2000

a

×100%=

13ρV

4a

%
（6）乙同學讀取數據時，D管內液面高于C管形成了一段液柱，液柱產生的壓強會使氣體體積偏小，由此所計算的鋅的質量分數偏小；丙同學的裝置隨稀鹽酸的加入，所加入稀鹽酸的體積會導致所測定的氣體體積偏大，由此所計算的鋅的質量分數偏大．
故答案為：
（1）Zn+2HCl═ZnCl₂+H₂↑；
（2）試管橫放，用藥匙（或紙槽）將藥品送至試管底部，慢慢豎起試管；
（3）使分液漏斗內壓強與試管內壓強相同，有利于液體順利流下；排除向加入鹽酸體積對氣體體積的影響，減小誤差；
（4）從D管加入適量水，向上移動D管，若C、D兩管內液面差保持穩定，則裝置氣密性良好；
（5）稱量所取樣品的質量；

13ρV

4a

%；
（6）乙：偏小；丙：偏大．

點評：對于此類實驗設計類問題，首先根據題意明確實驗意圖，然后結合實驗裝置了解實驗的操作方法，深入理解整個實驗過程，才能更好地完成對實驗中問題的解答．