Question

如图是小明设计的化学动力小车，他在试管中加入两种试剂，塞紧带导管的塞子，将小车放在摩擦力很小的道路上，过一会小车就运动了．
[可用试剂]①镁粉；②铝粉；③铜粉；④10%的稀硫酸；
⑤10%的稀盐酸．（注：10%的稀盐酸比10%的稀硫酸所含
H⁺浓度要大）
（1）加入的两种试剂总质量相同的条件下，加一次药品能使小车在同一条水平道路上行程最远，应选择的试剂是______（填序号），并且两种试剂使用的量要控制为______，反应的化学方程式为______．
（2）在加入的两种试剂总质量相同的条件下，要使小车的运动速度比（1）中所选试剂时快，应往试管中加入上述哪两种试剂______（填序号）？你的依据是______．
（3）有的同学根据上述推进原理，但不进行化学反应，也能使小车运动．你猜测他在试管中投入的试剂可能是______．
（4）[继续探究]若仍选用上述提供的试剂，在不改变试剂总质量及小车、道路的条件下，从理论上讲，如何使小车跑的更远？______；
请将改进的方法和理由填写在下表中．（每一种方法奖励2分，本题最多奖励4分，化学卷总分不超过60分．）

	改进的方法	简述理由
1
2

1：改进的方法：______；理由：______．
2：改进的方法：______；理由：______．

Answer 1

解：（1）等质量的镁、铝完全反应，可根据计算得知，产生氢气的质量铝大于镁，所以选择金属时应选择铝；而稀盐酸与稀硫酸相比，10%的稀盐酸比10%的稀硫酸所含H⁺浓度要大，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②⑤，并使药品恰好完全反应，让效率达最大化；根据反应的化学方程式，可计算铝与稀盐酸恰好完全反应的质量比为：
（27×2）：=9：365；
故答：②⑤；恰好完全反应（或铝粉与稀盐酸l的质量比为9：365）；2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑；
（2）要使小车比（1）的运动速度快，选择比铝活泼的金属镁进行反应，同时用到酸的氢离子的浓度，放出氢气速度更快；所以应该是选①④．
故答：①④；镁比铝活泼，产生氢气速度快；
（3）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：干冰（或汽水）；
（4）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．
故答：使小车获得更大的推力；
改进的方法：将橡皮塞上导管的出口换成与道路水平；理由：这样使小车受到的推进力最大
改进的方法：点燃产生的氢气；理由：氢气燃烧时会产生反作用力．
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，因此要使小车的运动速度比（1）中所选试剂时快，就应选择金属活动性（1）中金属更活动的金属；
（3）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；
（4）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．
点评：等量的Al、Mg、Fe、Zn金属与足量酸完全反应，放出氢气的量由多到少的顺序为：Al＞Mg＞Fe＞Zn．