Question

20．某化学实验小组同学将铁粉投入硫酸铜溶液中，发现生成红色固体物质的同时有较多的气泡放出．生成的是什么气体呢？同学们决定进行探究．探究前老师提示，该反应生成的气体只有一种．
【提出猜想】生成的气体可能是SO₂或O₂或H₂．
【查阅资料】
①SO₂与二氧化碳化学性质相似，如它也能使澄清石灰水变浑浊．
②浓硫酸具有强烈的吸水性，可做气体的干燥剂．
③H₂与CO均可以还原金属氧化物．
【方案设计】甲同学设计了如下实验方案，验证猜想的气体．

甲同学认为：若观察到A中石灰水变浑浊，则气体为SO₂． 若观察到C中红色的铜网变黑，则气体为O₂．
【实验探究】
①实验开始时，应先将收集到的气体从a处通入一段时间后，再点燃 C 处酒精灯．
这样操作的目的是排尽装置内的空气，防止气体不纯发生爆炸．
②实验过程中发现 A 装置中溶液不变浑浊，C 装置中表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，试管壁上有水滴生成；
【实验结论】①铁粉与该硫酸铜溶液反应时，产生的气体是氢气．
②铁放入该硫酸铜溶液中所发生反应的化学方程式为Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu．
【实验反思】
乙同学认为甲同学的实验方案操作复杂，他只需一盒火柴即可确定该气体成分．你认为乙同学的实验方案是实验操作：收集一瓶气体，将燃着的火柴伸入瓶中；
实验现象及其实验结论：若火柴熄灭，则为SO₂；
若火柴燃烧更旺，则为O₂；
若气体被点燃，则为H₂．

Answer 1

分析 【方案设计】
因为SO₂与二氧化碳化学性质相似，如它也能使澄清石灰水变浑浊．所以气体如果是SO₂，则会使A中的澄清的石灰水变浑浊；
氧气能和铜在加热的情况生成黑色的氧化铜，因此如气体是氧气会观察到试管内红色的铜片会变黑；
氢气是一种可燃性气体，如果将氢气和空气混合可能会发生爆炸，所以通入一会气体再点燃酒精灯是为了将装置内的空气排除干净，防止因氢气中混有空气而爆炸．
【实验结论】
②中A装置中溶液不变浑浊，说明气体不是二氧化硫；
C装置中表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，试管壁上有水滴生成，说明该气体有还原性且与氧化铜反应生成铜和水，所以可知该气体为氢气；
根据以上情况可知，将铁放入硫酸铜溶液中发生的反应有两个，分别为：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu．
【实验反思】
因为SO₂的性质与CO₂相似，所以SO₂应具有不燃烧也不支持燃烧的性质；
O₂具有助燃性；H₂具有可燃性，所以可以收集一瓶气体，将燃着的火柴伸入瓶中，若火柴熄灭，则为SO₂；若火柴燃烧更旺，则为O₂；若气体被点燃，则为H₂．

解答 解：【方案设计】
甲同学认为：若观察到A中石灰水变浑浊，则气体为SO₂． 若观察到C中红色的铜网变黑，则气体为O₂．
故填：A中石灰水变浑浊；C中红色的铜网变黑．
【实验探究】
实验开始时，应先将收集到的气体从a处通入一段时间后，再点燃C处酒精灯，这样操作的目的是排尽装置内的空气，防止气体不纯发生爆炸．
故填：排尽装置内的空气，防止气体不纯发生爆炸．
【实验结论】
实验过程中发现A装置中溶液不变浑浊，说明气体表示二氧化硫，C装置中表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，试管壁上有水滴生成，说明气体是氢气，铁粉与该硫酸铜溶液反应时，产生的气体是氢气；
铁放入该硫酸铜溶液中时，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，反应的化学方程式为：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu．
故填：氢气；Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu．
【实验反思】
乙同学的实验方案是：实验操作：收集一瓶气体，将燃着的火柴伸入瓶中；
实验现象及其实验结论：若火柴熄灭，则为SO₂；
若火柴燃烧更旺，则为O₂；
若气体被点燃，则为H₂．
故填：实验操作：收集一瓶气体，将燃着的火柴伸入瓶中；
实验现象及其实验结论：若火柴熄灭，则为SO₂；
若火柴燃烧更旺，则为O₂；
若气体被点燃，则为H₂．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．