Question

4．某学习小组用如图1所示装置测定锌铜合金中铜的质量分数．（已知：金属与酸反应会时放出一定的热量．）
（1）实验前，先用砂纸将锌铜合金打磨光亮，其目的是除去表面氧化物；
（2）实验操作步骤有：①检查气密性；②将药品和水装入各仪器中；③连接好装置；④记录C的液面位置；⑤待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C的液面位置；⑥由A向B滴加足量试剂．上述操作的顺序是①②③④⑥⑤（填序号）；
（3）该装置的气密性的检验方法是打开分液漏斗旋塞，从D管注入水，使U型管左右液面相平，关闭分液漏斗旋塞，提高D管，右边液面高于左边液面，形成稳定的高度差或左右两边液面形成稳定的高度差，说明装置的气密性好；
（4）待B中不再有气体产生，记录C的液面位置前，需将温度恢复至室温和关闭分液漏斗的活塞；
（5）若合金质量为0.4g，加入足量的稀盐酸，充分反应后，收集到氢气体积为80mL，求合金中铜的质量分数． （在实验条件下，H₂的密度为0.09g/L，4分）
（6）实验过程中，若未冷却就读取气体体积，则测得锌的质量分数将偏大（填“偏大”、“偏小”或“不受影响”）．
（7）指导老师认为，利用上述实验装置，测量结果总会偏小，可以将发生装置改为如图2所示装置，目的是防止因酸液加入造成测定的气体体积偏大．

Answer 1

分析 根据实验前，先将锌铜合金在稀酸中浸泡片刻，除去合金表面的氧化膜；要根据排开液体的体积来测定生成氢气的体积，首先需记录C的液面，然后使反应进行，当充分反应时在记下C的位置，最后可以对剩余固体进行处理；注意读数的方法；在乳胶管上夹上弹簧夹，向量气管加适量水，提高量气管，一段时间后，若量气管内液面不下降，说明气密性良好．测定铜锌合金中锌、铜的质量分数，可以依据锌能与酸反应生成氢气而铜不可以来进行；要求氢气的质量，除了知道氢气的体积，还需要知道氢气的密度；铜锌合金的质量为ag，若a为0.4g，V为80mL，则氢气的质量=0.08L×0.09g/L=0.0072g，从而可以求得铜的质量分数；利用上述实验装置，测量结果总会偏小，原因是有一部分氢气留在试管和导管中；改进方法是：可以加水把氢气赶过去进行分析．

解答 解：（1）实验前，先将锌铜合金在稀酸中浸泡片刻，除去合金表面的氧化膜；
（2）要根据排开液体的体积来测定生成氢气的体积，首先需记录C的液面，然后使反应进行，当充分反应时在记下C的位置，最后可以对剩余固体进行处理，所以上述操作的顺序是①②③④⑥⑤；
（3）在乳胶管上夹上弹簧夹，向量气管加适量水，提高量气管，一段时间后，若量气管内液面不下降，说明气密性良好；
（4）待B中不再有气体产生，记录C的液面位置前，需将温度恢复至室温和关闭分液漏斗的活塞；
（5）H₂质量为0.08 L×0.09 g/L=0.0072 g
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑ 
65                          2
x                       0.0072g
$\frac{65}{x}$=$\frac{2}{0.0072g}$
x=0.234 g    
Cu的质量分数=$\frac{0.4g-0.234g}{0.4g}$×100%=41.5%  
（6）实验过程中，若未冷却就读取气体体积，体积会偏大，计算出的锌的质量分数也会偏大；
（8）利用上述实验装置，测量结果总会偏小，可以将发生装置改为如图2所示装置，目的是：防止因酸液加入造成测定的气体体积偏大．
故答案为：（1）除去表面氧化物；
（2）④⑥⑤； 
（3）水；右边液面高于左边液面，形成稳定的高度差或左右两边液面形成稳定的高度差；
（4）调整D管高度，使CD管内液面相平；
（5）解：设锌的质量为x
H₂质量为0.08 L×0.09 g/L=0.0072 g
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑ 
65                          2
x                       0.0072g
$\frac{65}{x}$=$\frac{2}{0.0072g}$
x=0.234 g    
Cu的质量分数=$\frac{0.4g-0.234g}{0.4g}$×100%=41.5%  
（6）偏大；
（7）防止因酸液加入造成测定的气体体积偏大．

点评 有关实验方案的设计和对实验方案的评价是中考的热点之一，设计实验方案时，要注意用最少的药品和最简单的方法；关于对实验设计方案的评价，要在两个方面考虑，一是方案是否可行，能否达到实验目的；二是设计的方法进行比较，那种方法更简便．