Question

某研究性学习小组的同学用电解水的方法测定水的组成后，提出问题：“测定水的组成还有其他的方法吗？”经过讨论后，得到了肯定的答案，邀请你一起对此展开探究。

［设计方案］甲同学利用氢气还原氧化铜的原理和下图装置及药品进行实验（操作规范）。装置A中发生反应的化学方程式为       ，洗气瓶B中浓硫酸的作用为   

［实验探究］当玻璃管中固体由黑色转变为红色时，实验测得：①装置C的玻璃管和其中固体的总质量在反应后减少了1.6g；②装置D的干燥管和其中物质的总质量在反应后增加了1.82g，用此数据算得水中H、O元素的质量比为       ，而由水的化学式算得H、O元素的质量比为          。

［分析交流］针对上述结果与理论值有偏差，乙同学认为：该装置存在缺陷，此观点得到了大家的认同，你对此改进的方法是     （假设生成的水完全被D中碱石灰吸收，装置内空气中的水蒸气、CO₂忽略不计）。小组同学用改进后的装置重新实验得到了正确结果。

［意外发现］丙同学不小心将反应后的少量红色固体a洒落到多量稀硫酸中了，发现除了有红色固体b以外，溶液的颜色由无色变为蓝色。

［提出问题］铜与稀硫酸是不反应的，这里溶液的颜色为什么会变蓝呢？

［查阅资料］①CuO被还原的过程中会有Cu₂O生成，Cu₂O也能被还原在Cu；

②Cu₂O固体是红色的，它一稀硫酸的反应为：

Cu₂O+H₂SO₄＝CuSO₄+Cu+H₂O.

[得出结论]红色固体a中含有Cu₂O。

［分析交流］红色固体a中含有Cu₂O是否会影响水组成的测定结果     （填“影响”或“不影响”）。

［提出猜想］针对红色固体a的成分，小组同学提出猜想①是：Cu₂O和Cu；猜想②是：            。

［拓展探究］丁同学利用改进后的装置及药品重新实验，通过测量反应前后固体质量的方法去确定哪种猜想成立，他已称得：①玻璃管的质量；②反应前红色固体a和玻璃管的总质量，完全反应后，你认为他还需要称量           的质量。

［教师点拨］称取一定质量的红色固体a与足量的稀硫酸充分反应后，经过滤、洗涤、干燥后再称量红色固体b的质量，也可以确定哪种猜想成立。

［定量分析］小组同学再次实验，他们开始称取质量为3.6g的红色固体a，与足量的稀硫酸完全反应后得到红色固体b为2g 。假如3.6g红色固体a都是Cu₂O，请你计算出生成铜的质量（利用Cu₂O+H₂SO₄＝CuSO₄+Cu+H₂O.进行计算，写出计算过程）；然后，通过与实际得到的固体2g进行比较，判断猜想        成立（填①或②）。

 

Answer 1

【答案】

［设计方案］Zn+H₂SO₄==ZnSO₄+H₂↑；干燥

［实验探究］11:80  ；1:8

［分析交流］在D装置的后面，再连接一个D装置，防止空气中的水蒸气对实验造成干扰

［分析交流］不影响

［提出猜想］Cu₂O

［拓展探究］反应后玻璃管的质量和红色固体的总质量

［定量分析］①

【解析】该题中水是实验的关键，故需要对水的质量从各个方面防止其它不是本实验产生水的干扰。为了防止制取H2的过程带出水分，故要对H2进行干燥处理，H2是中性气体，故可选择浓硫酸干燥；防止空气中的水蒸气对实验造成干扰，故需要在D装置后再连接一个和D一样的装置；

由于装置C中发生H₂+CuO Cu+H₂O，D中的水其实是C中反应产生的水，装置C的玻璃管和其中固体的总质量在反应后减少了1.6g，其实质是CuO中氧元素的质量为1.6g；装置D的干燥管和其中物质的总质量在反应后增加了1.82g，其实质是产生水的总质量为1.82g,故氢元素质量为1.82-1.6=0.22g,所以水中H、O元素的质量比=0.22：1.6=11：80 ；

红色固体a中含有Cu₂O是不会影响水组成，原因是它的存在不产生水；本实验中测定C、D装置质量变化是关键，而C、D装置质量变化都是由于水的质量变化引起的。

解：设生成铜的质量为x，则

Cu₂O+H₂SO₄＝CuSO₄+Cu+H₂O

144                 64

3.6                  x

       x=     1. 6g

答：生成铜的质量为1.6g

由于 1.6g<2g ，故红色固体中一定含有Cu₂O，猜想1成立