Question

（2009?杭州）在課外活動(dòng)中，老師要求學(xué)生自制一個(gè)總質(zhì)量為400克左右，不使用電力的四輪小車(chē)，并比賽小車(chē)在摩擦力很小的水平道路上一次運(yùn)行的距離誰(shuí)最遠(yuǎn)．張明制作了如右圖所示的一輛小車(chē)，他往試管中加入兩種試劑，塞緊塞子，過(guò)一會(huì)小車(chē)向前運(yùn)動(dòng)了．
（1）理論上，在加入的兩種試劑總質(zhì)量相同的條件下，請(qǐng)?jiān)谙铝性噭┲羞x擇最符合比賽要求的試劑：①鋅粉、②鐵粉、③銅粉、④10%的稀硫酸、⑤10%的鹽酸溶液．你選擇的試劑是

②⑤

（填序號(hào)），在試管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑

；
（2）在加入的兩種試劑總質(zhì)量相同的條件下，若要使小車(chē)的運(yùn)動(dòng)速度比（1）中所選試劑時(shí)快，應(yīng)往試管中加入哪兩種試劑

①⑤

（填序號(hào)，從上一小題中提供的試劑中選）？（提示：10%的稀硫酸比10%的鹽酸溶液pH要大）
（3）若仍選用以上試劑，在不改變?cè)噭┵|(zhì)量及道路和動(dòng)力的條件下，如何使張明的小車(chē)跑得更遠(yuǎn)？請(qǐng)?zhí)岢鲆环N改進(jìn)的方法

可讓氫氣燃燒

（4）有同學(xué)根據(jù)同樣的推進(jìn)原理，但不進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，也能使小車(chē)運(yùn)動(dòng)．他選用的方法可能是

選擇干冰

．

Answer 1

分析：（1）小車(chē)在同一條水平道路上行程最遠(yuǎn)，小車(chē)是在氣體放出時(shí)產(chǎn)生的推力作用下前進(jìn)，行程遠(yuǎn)近與產(chǎn)生氣體多少成正比，產(chǎn)生氣體最多的小車(chē)行程最遠(yuǎn)；
（2）小車(chē)運(yùn)動(dòng)的快慢決定于放出氫氣的速度，產(chǎn)生氫氣速度越快小車(chē)的運(yùn)動(dòng)速度越快，金屬越活潑，與酸反應(yīng)放出氫氣越快；
（3）不改變提供的試劑、不改變?cè)噭┛傎|(zhì)量及小車(chē)、道路的條件下，從理論上講，使小車(chē)跑的更遠(yuǎn)就應(yīng)使小車(chē)獲得更大的推力．改進(jìn)的方向就是使推力最大化．
（4）小車(chē)的運(yùn)動(dòng)是由于試管內(nèi)氣體沖出時(shí)產(chǎn)生的推力，因此，要使小車(chē)運(yùn)動(dòng)，只要能使試管內(nèi)釋放出氣體即可．

解答：解：（1）等質(zhì)量的鋅、鐵與酸完全反應(yīng)完全反應(yīng)，可根據(jù)計(jì)算得知，產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量鐵大于鋅，所以選擇金屬時(shí)應(yīng)選擇鐵；而稀鹽酸與稀硫酸相比，10%的稀硫酸比10%的稀鹽酸所含H⁺濃度要小，即等量的稀鹽酸可產(chǎn)生更多的氫氣；綜上所述，要使小車(chē)行程最遠(yuǎn)，應(yīng)選擇②④，并使藥品恰好完全反應(yīng)，讓效率達(dá)最大化；
（2）要使小車(chē)運(yùn)動(dòng)速度更快，選擇比鐵活潑的金屬鋅進(jìn)行反應(yīng)，放出氫氣速度更快；
（3）在現(xiàn)有條件不變的情況下，使小車(chē)跑得更遠(yuǎn)，就應(yīng)使小車(chē)獲得更大的推力．可把導(dǎo)管彎曲成與小車(chē)運(yùn)動(dòng)方向水平，使力集中于推動(dòng)小車(chē)；或使氫氣燃燒面發(fā)生爆炸，使氣體體積迅速膨脹而獲得更大的推動(dòng)力．
（4）不發(fā)生反應(yīng)而釋放出氣體，可考慮固體物質(zhì)的升華氣化如干冰等或極易揮發(fā)的物質(zhì)如汽水等；
故答案為：（1）②⑤；Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（2）①⑤
（3）可讓氫氣燃燒
（4）選擇干冰．

點(diǎn)評(píng)：金屬越活潑，與酸反應(yīng)生成氫氣越快，但不一定越多，生成氫氣的質(zhì)量與金屬的化合價(jià)和相對(duì)原子質(zhì)量有關(guān)．