Question

通常狀況下，氫氣是所有氣體中密度最小的．因此氫氣以前曾被用于飛艇和載人氣球．某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)設(shè)計(jì)了右圖裝置模擬氫氣探空氣球（裝置中氣球固定在礦泉水瓶上）．將氣球中的鎂條加入到硫酸溶液中，恰好完全反應(yīng)．
（1）計(jì)算反應(yīng)生成氫氣的質(zhì)量；
（2）計(jì)算所用硫酸溶液的質(zhì)量；
（3）假設(shè)反應(yīng)后裝置內(nèi)外壓強(qiáng)相等，通過(guò)估算后回答：
該裝置在空氣中能否上浮，并說(shuō)明理由．

 

（不必寫出具體估算過(guò)程）估算時(shí)參考的數(shù)據(jù)有：
①空氣的密度可按1.3g?L^-1計(jì)算；  ②氫氣的密度可按0.09g?L^-1計(jì)算；  ③礦泉水瓶和氣球皮的質(zhì)量約為20g．

Answer 1

分析：根據(jù)鎂與硫酸反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式，將鎂的質(zhì)量代入化學(xué)反應(yīng)方程式來(lái)計(jì)算氫氣的質(zhì)量、硫酸質(zhì)量，再利用硫酸硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)計(jì)算溶液質(zhì)量，

解答：解：（1）設(shè)反應(yīng)生成氫氣的質(zhì)量為x，
Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑
24             2
7.2g           x

24

7.2g

=

2

x

，解得x=0.6g，
答：反應(yīng)生成氫氣的質(zhì)量為0.6g；
（2）設(shè)參加反應(yīng)的硫酸的質(zhì)量為y，
 Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑
 24   98
7.2g   y

24

7.2g

=

98

y

，解得=29.4g
則所用硫酸溶液的質(zhì)量為

29.4g

30%

=98g，
答：所用硫酸溶液的質(zhì)量為98g；
（3）礦泉水瓶和氣球皮的質(zhì)量約為20g，由氫氣的質(zhì)量為0.6g，
氫氣的體積應(yīng)為

0.6g

0.09g?L-1

=6.7L
忽略瓶子中溶液的體積，估算瓶子、氣球和氫氣的總密度大約為

20g+98g+7.2g

6.7L

=18.7g/L＞1.3g?L^-1，
即其密度大于空氣的密度，所以不能上浮．
也可這樣分析：
H₂的質(zhì)量為0.6g=0.6x10^-3Kg，因?yàn)镠₂的密度小于空氣的密度，則H₂提供浮力，則F浮=mg=0.6x10^-3x10=6x10^-3N（g取10計(jì)算），
而裝置的總質(zhì)量大約是20+98+7.2g=125.8g=0.1258Kg，
則重力為0.1258x10=1.258N＞F浮
此時(shí)還未計(jì)算空氣的重力，因此F浮是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于重力的，
故答案為：不能，因?yàn)樵撗b置中的瓶子、氣球和氫氣的總密度大于空氣的密度，所以該裝置不能上浮或因該裝置中的重力遠(yuǎn)大于裝置所受的浮力，則不能上�。�

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生利用化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算，將鎂的質(zhì)量代入方程式計(jì)算即可，關(guān)于裝置能否上浮問(wèn)題注重了學(xué)科之間的綜合，難度較大，建議使用密度來(lái)分析而不采用重力與浮力的關(guān)系來(lái)分析．