Question

（2009?杭州）在課外活動中，老師要求學生自制一個總質量為400克左右，不使用電力的四輪小車，并比賽小車在摩擦力很小的水平道路上一次運行的距離誰最遠．張明制作了如右圖所示的一輛小車，他往試管中加入兩種試劑，塞緊塞子，過一會小車向前運動了．
（1）理論上，在加入的兩種試劑總質量相同的條件下，請在下列試劑中選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______（填序號），在試管中發生反應的化學方程式為______；
（2）在加入的兩種試劑總質量相同的條件下，若要使小車的運動速度比（1）中所選試劑時快，應往試管中加入哪兩種試劑______（填序號，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，在不改變試劑質量及道路和動力的條件下，如何使張明的小車跑得更遠？請提出一種改進的方法______
（4）有同學根據同樣的推進原理，但不進行化學反應，也能使小車運動．他選用的方法可能是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）小車在同一條水平道路上行程最遠，小車是在氣體放出時產生的推力作用下前進，行程遠近與產生氣體多少成正比，產生氣體最多的小車行程最遠；
（2）小車運動的快慢決定于放出氫氣的速度，產生氫氣速度越快小車的運動速度越快，金屬越活潑，與酸反應放出氫氣越快；
（3）不改變提供的試劑、不改變試劑總質量及小車、道路的條件下，從理論上講，使小車跑的更遠就應使小車獲得更大的推力．改進的方向就是使推力最大化．
（4）小車的運動是由于試管內氣體沖出時產生的推力，因此，要使小車運動，只要能使試管內釋放出氣體即可．
解答：解：（1）等質量的鋅、鐵與酸完全反應完全反應，可根據計算得知，產生氫氣的質量鐵大于鋅，所以選擇金屬時應選擇鐵；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生更多的氫氣；綜上所述，要使小車行程最遠，應選擇②④，并使藥品恰好完全反應，讓效率達最大化；
（2）要使小車運動速度更快，選擇比鐵活潑的金屬鋅進行反應，放出氫氣速度更快；
（3）在現有條件不變的情況下，使小車跑得更遠，就應使小車獲得更大的推力．可把導管彎曲成與小車運動方向水平，使力集中于推動小車；或使氫氣燃燒面發生爆炸，使氣體體積迅速膨脹而獲得更大的推動力．
（4）不發生反應而釋放出氣體，可考慮固體物質的升華氣化如干冰等或極易揮發的物質如汽水等；
故答案為：（1）②⑤；Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（2）①⑤
（3）可讓氫氣燃燒
（4）選擇干冰．
點評：金屬越活潑，與酸反應生成氫氣越快，但不一定越多，生成氫氣的質量與金屬的化合價和相對原子質量有關．