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31. (8分)某校科学兴趣小组的同学通过实验来验证质量守恒定律,装置如图所示。

(1)实验中用$40g5\%$的$CuSO_{4}$溶液与$NaOH$溶液反应,全部反应完,需要多少固体$NaOH$?
(2)在实验操作中,所需$NaOH$的量少于(1)中计算的量就能完成目的,请你从实验角度说明少量$NaOH$就可以完成实验的理由。
(3)如图,在封闭的塑料瓶中加入氧气、水和钉子,一段时间后瓶子变瘪,但实验前后装置总质量不变,请你从物质变化的角度解释瓶子变瘪的原因。

(4)从质量守恒定律的微观角度,将水电解的微观示意图补充完整。

(1)实验中用$40g5\%$的$CuSO_{4}$溶液与$NaOH$溶液反应,全部反应完,需要多少固体$NaOH$?
(2)在实验操作中,所需$NaOH$的量少于(1)中计算的量就能完成目的,请你从实验角度说明少量$NaOH$就可以完成实验的理由。
(3)如图,在封闭的塑料瓶中加入氧气、水和钉子,一段时间后瓶子变瘪,但实验前后装置总质量不变,请你从物质变化的角度解释瓶子变瘪的原因。
(4)从质量守恒定律的微观角度,将水电解的微观示意图补充完整。
答案:
31.
(1)40 g5%的CuSO₄溶液中CuSO₄的质量 = 40 g×5% = 2 g。
设需要NaOH的质量为x。
2NaOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄
80 160
x 2 g
$\frac{160}{80} = \frac{2 g}{x},$
x = 1 g
答:需要NaOH的质量为1 g。
(2)该实验验证质量守恒定律,只需证明物质在发生化学反应时,反应前后物质总质量不变,少量NaOH与部分CuSO₄反应发生化学反应,观察到沉淀生成且反应前后天平平衡即可完成验证,不需要将CuSO₄完全反应。
(3)铁生锈消耗了瓶内的氧气,导致瓶内气体减少,压强减小,外界大气压大于瓶内气压,所以瓶子变瘪。
(4)
31.
(1)40 g5%的CuSO₄溶液中CuSO₄的质量 = 40 g×5% = 2 g。
设需要NaOH的质量为x。
2NaOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄
80 160
x 2 g
$\frac{160}{80} = \frac{2 g}{x},$
x = 1 g
答:需要NaOH的质量为1 g。
(2)该实验验证质量守恒定律,只需证明物质在发生化学反应时,反应前后物质总质量不变,少量NaOH与部分CuSO₄反应发生化学反应,观察到沉淀生成且反应前后天平平衡即可完成验证,不需要将CuSO₄完全反应。
(3)铁生锈消耗了瓶内的氧气,导致瓶内气体减少,压强减小,外界大气压大于瓶内气压,所以瓶子变瘪。
(4)
32. (8分)同学们好奇古人是如何将巨物搬到高处的(省略古人劳动场景),将相关猜想画成如下简图。其中,$A$与石头之间用绳索固定,$AC$是杠杆,$C$处用人体的重力拉动杠杆,$AC = 4.8m$,$AB = 0.8m$,石头重$5000kg$。

(1)此杠杆是______(填“省力”或“省距离”)杠杆。
(2)在某次操作中,石头在$MN$上移动$0.1m$,高度升高$0.05m$,求克服石头重力做的功。
(3)在某次操作中,绳子与$AC$垂直,$AC$与竖直方向成$30^{\circ}$,要拉动巨石,绳子对巨石的拉力至少为$32100N$,假设每个人的体重是$60kg$,$C$处要用多少个人才能把石头拉起?
(2)W = G·h = 5000 kg×10 N/kg×0.05 m = 2500 J
答:克服石头重力做功2500 J。
(3)根据杠杆平衡原理F₁L₁ = F₂L₂,则
F_A·AB = F_C·BCsin30°,
代入数据,$F_C = \frac{32100 N×0.8 m}{4 m×\frac{1}{2}} = 12840 N。$
n_人$ = \frac{F_C}{G_人} = \frac{12840 N}{60 kg×10 N/kg} ≈ 22$人。
答:需要22个人才能把石头拉起。
(1)此杠杆是______(填“省力”或“省距离”)杠杆。
(2)在某次操作中,石头在$MN$上移动$0.1m$,高度升高$0.05m$,求克服石头重力做的功。
(3)在某次操作中,绳子与$AC$垂直,$AC$与竖直方向成$30^{\circ}$,要拉动巨石,绳子对巨石的拉力至少为$32100N$,假设每个人的体重是$60kg$,$C$处要用多少个人才能把石头拉起?
(1)省力
(2)W = G·h = 5000 kg×10 N/kg×0.05 m = 2500 J
答:克服石头重力做功2500 J。
(3)根据杠杆平衡原理F₁L₁ = F₂L₂,则
F_A·AB = F_C·BCsin30°,
代入数据,$F_C = \frac{32100 N×0.8 m}{4 m×\frac{1}{2}} = 12840 N。$
n_人$ = \frac{F_C}{G_人} = \frac{12840 N}{60 kg×10 N/kg} ≈ 22$人。
答:需要22个人才能把石头拉起。
答案:
32.
(1)省力
(2)W = G·h = 5000 kg×10 N/kg×0.05 m = 2500 J
答:克服石头重力做功2500 J。
(3)根据杠杆平衡原理F₁L₁ = F₂L₂,则
F_A·AB = F_C·BCsin30°,
代入数据,$F_C = \frac{32100 N×0.8 m}{4 m×\frac{1}{2}} = 12840 N。$
n_人$ = \frac{F_C}{G_人} = \frac{12840 N}{60 kg×10 N/kg} ≈ 22$人。
答:需要22个人才能把石头拉起。
(1)省力
(2)W = G·h = 5000 kg×10 N/kg×0.05 m = 2500 J
答:克服石头重力做功2500 J。
(3)根据杠杆平衡原理F₁L₁ = F₂L₂,则
F_A·AB = F_C·BCsin30°,
代入数据,$F_C = \frac{32100 N×0.8 m}{4 m×\frac{1}{2}} = 12840 N。$
n_人$ = \frac{F_C}{G_人} = \frac{12840 N}{60 kg×10 N/kg} ≈ 22$人。
答:需要22个人才能把石头拉起。
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