Question

如圖是小明設(shè)計的化學(xué)動力小車，他在試管中加入兩種試劑，塞緊帶導(dǎo)管的塞子，將小車放在摩擦力很小的道路上，過一會小車就運動了．
[可用試劑]①鎂粉；②鋁粉；③銅粉；④10%的稀硫酸；
⑤10%的稀鹽酸．（注：10%的稀鹽酸比10%的稀硫酸所含
H⁺濃度要大）
（1）加入的兩種試劑總質(zhì)量相同的條件下，加一次藥品能使小車在同一條水平道路上行程最遠(yuǎn)，應(yīng)選擇的試劑是

 

（填序號），并且兩種試劑使用的量要控制為

 

，反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（2）在加入的兩種試劑總質(zhì)量相同的條件下，要使小車的運動速度比（1）中所選試劑時快，應(yīng)往試管中加入上述哪兩種試劑

 

（填序號）？你的依據(jù)是

 

．
（3）有的同學(xué)根據(jù)上述推進(jìn)原理，但不進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，也能使小車運動．你猜測他在試管中投入的試劑可能是

 

．
（4）[繼續(xù)探究]若仍選用上述提供的試劑，在不改變試劑總質(zhì)量及小車、道路的條件下，從理論上講，如何使小車跑的更遠(yuǎn)？

 

；
請將改進(jìn)的方法和理由填寫在下表中．（每一種方法獎勵2分，本題最多獎勵4分，化學(xué)卷總分不超過60分．）

	改進(jìn)的方法	簡述理由
1
2

1：改進(jìn)的方法：

 

；理由：

 

．
2：改進(jìn)的方法：

 

；理由：

 

．

Answer 1

分析：（1）小車在同一條水平道路上行程最遠(yuǎn)，小車是在氣體放出時產(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)生氣體最多的小車行程最遠(yuǎn)；
（2）小車運動的快慢決定于放出氫氣的速度，產(chǎn)生氫氣速度越快小車的運動速度越快，因此要使小車的運動速度比（1）中所選試劑時快，就應(yīng)選擇金屬活動性（1）中金屬更活動的金屬；
（3）小車的運動是由于試管內(nèi)氣體沖出時產(chǎn)生的推力，因此，要使小車運動，只要能使試管內(nèi)釋放出氣體即可；
（4）不改變提供的試劑、不改變試劑總質(zhì)量及小車、道路的條件下，從理論上講，使小車跑的更遠(yuǎn)就應(yīng)使小車獲得更大的推力．改進(jìn)的方向就是使推力最大化．

解答：解：（1）等質(zhì)量的鎂、鋁完全反應(yīng)，可根據(jù)計算得知，產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量鋁大于鎂，所以選擇金屬時應(yīng)選擇鋁；而稀鹽酸與稀硫酸相比，10%的稀鹽酸比10%的稀硫酸所含H⁺濃度要大，即等量的稀鹽酸可產(chǎn)生更多的氫氣；綜上所述，要使小車行程最遠(yuǎn)，應(yīng)選擇②⑤，并使藥品恰好完全反應(yīng)，讓效率達(dá)最大化；根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式，可計算鋁與稀鹽酸恰好完全反應(yīng)的質(zhì)量比為：
（27×2）：

36.5×6

10%

=9：365；
故答：②⑤；恰好完全反應(yīng)（或鋁粉與稀鹽酸l的質(zhì)量比為9：365）；2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑；
（2）要使小車比（1）的運動速度快，選擇比鋁活潑的金屬鎂進(jìn)行反應(yīng)，同時用到酸的氫離子的濃度，放出氫氣速度更快；所以應(yīng)該是選①④．
故答：①④；鎂比鋁活潑，產(chǎn)生氫氣速度快；
（3）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：干冰（或汽水）；
（4）在現(xiàn)有條件不變的情況下，使小車跑得更遠(yuǎn)，就應(yīng)使小車獲得更大的推力．可把導(dǎo)管彎曲成與小車運動方向水平，使力集中于推動小車；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力．
故答：使小車獲得更大的推力；
改進(jìn)的方法：將橡皮塞上導(dǎo)管的出口換成與道路水平；理由：這樣使小車受到的推進(jìn)力最大
改進(jìn)的方法：點燃產(chǎn)生的氫氣；理由：氫氣燃燒時會產(chǎn)生反作用力．

點評：等量的Al、Mg、Fe、Zn金屬與足量酸完全反應(yīng)，放出氫氣的量由多到少的順序為：Al＞Mg＞Fe＞Zn．