Question

（2009?杭州）在课外活动中，老师要求学生自制一个总质量为400克左右，不使用电力的四轮小车，并比赛小车在摩擦力很小的水平道路上一次运行的距离谁最远．张明制作了如右图所示的一辆小车，他往试管中加入两种试剂，塞紧塞子，过一会小车向前运动了．
（1）理论上，在加入的两种试剂总质量相同的条件下，请在下列试剂中选择最符合比赛要求的试剂：①锌粉、②铁粉、③铜粉、④10%的稀硫酸、⑤10%的盐酸溶液．你选择的试剂是

②⑤

（填序号），在试管中发生反应的化学方程式为

Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑

；
（2）在加入的两种试剂总质量相同的条件下，若要使小车的运动速度比（1）中所选试剂时快，应往试管中加入哪两种试剂

①⑤

（填序号，从上一小题中提供的试剂中选）？（提示：10%的稀硫酸比10%的盐酸溶液pH要大）
（3）若仍选用以上试剂，在不改变试剂质量及道路和动力的条件下，如何使张明的小车跑得更远？请提出一种改进的方法

可让氢气燃烧

（4）有同学根据同样的推进原理，但不进行化学反应，也能使小车运动．他选用的方法可能是

选择干冰

．

Answer 1

分析：（1）小车在同一条水平道路上行程最远，小车是在气体放出时产生的推力作用下前进，行程远近与产生气体多少成正比，产生气体最多的小车行程最远；
（2）小车运动的快慢决定于放出氢气的速度，产生氢气速度越快小车的运动速度越快，金属越活泼，与酸反应放出氢气越快；
（3）不改变提供的试剂、不改变试剂总质量及小车、道路的条件下，从理论上讲，使小车跑的更远就应使小车获得更大的推力．改进的方向就是使推力最大化．
（4）小车的运动是由于试管内气体冲出时产生的推力，因此，要使小车运动，只要能使试管内释放出气体即可．

解答：解：（1）等质量的锌、铁与酸完全反应完全反应，可根据计算得知，产生氢气的质量铁大于锌，所以选择金属时应选择铁；而稀盐酸与稀硫酸相比，10%的稀硫酸比10%的稀盐酸所含H⁺浓度要小，即等量的稀盐酸可产生更多的氢气；综上所述，要使小车行程最远，应选择②④，并使药品恰好完全反应，让效率达最大化；
（2）要使小车运动速度更快，选择比铁活泼的金属锌进行反应，放出氢气速度更快；
（3）在现有条件不变的情况下，使小车跑得更远，就应使小车获得更大的推力．可把导管弯曲成与小车运动方向水平，使力集中于推动小车；或使氢气燃烧面发生爆炸，使气体体积迅速膨胀而获得更大的推动力．
（4）不发生反应而释放出气体，可考虑固体物质的升华气化如干冰等或极易挥发的物质如汽水等；
故答案为：（1）②⑤；Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（2）①⑤
（3）可让氢气燃烧
（4）选择干冰．

点评：金属越活泼，与酸反应生成氢气越快，但不一定越多，生成氢气的质量与金属的化合价和相对原子质量有关．