Question

【题目】某研究性学习小组将铁粉投入盛有硫酸铜溶液的试管中，发现生成红色固体物质的同时有较多的气泡放出。这一现象激发起同学们的探究欲望，生成的是什么气体？

（提出猜想）从物质组成元素的角度，放出的气体可能是SO2、O2、H2。

（查阅资料）SO2易溶于水，能与NaOH反应，生成Na2SO3。

（方案设计）依据上述猜想，实验小组同学分别设计了如下方案：

（1）甲同学认为是O2，则检验方法是_____。

（2）乙同学认为是SO2，则只需将放出的气体通入盛有NaOH溶液的洗气瓶中，称量通气前后洗气瓶的质量。

（3）实验小组同学合作设计了如图1实验方案，对提出的猜想进行验证。

①如果放出的是O2和H2，你认为方案中的安全隐患是_____。

②丙同学认为：为确保安全，实验前应先收集一试管气体，用拇指堵住试管口，_____，若不发出尖锐的爆鸣声，方可采用上面的装置进行实验。

（实验探究）经丙同学确认安全后，小组同学首先对装置A进行称量，再将收集到的气体从a通入，过一会儿点燃B处酒精灯；一段时间后，发现表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色；停止通气，再次称量装置A，发现质量无增减。

（实验结论）铁粉与硫酸铜溶液反应时，产生的气体是_____。

（思维拓展）

（4）由上述实验可以推出，硫酸铜溶液中可能含有_____物质（填酸性、中性或碱性）。

（5）写出装置B中所发生反应的方程式

（6）不通过称量，如何判断SO2与NaOH溶液发生了反应呢？

丁同学设计了如图2所示的装置进行实验，发现试管内液面上升，就得出SO2与NaOH溶液发生反应的结论。其他同学认为这一方案不严谨，理由是_____。

（定量探究）该研究性学习小组的同学在教师的指导下，设计如下实验方案对硫酸铜溶液进行定量探究。

A．量取100mL上述硫酸铜溶液，倒入放在电子天平上的烧杯中，然后加入20.00g铁粉，充分搅拌，有关实验数据记录如下：

称量项目	称量时间	质量/g
烧杯		55.65
烧杯+硫酸铜溶液		215.65
烧杯+硫酸铜溶液+铁粉	30s	235.59
烧杯+硫酸铜溶液+铁粉	60s	235.45
烧杯+硫酸铜溶液+铁粉	90s	235.45

B.90s后，将烧杯中的物质经“过滤，洗涤、干燥、称量”，得滤渣15.2g。

C．取少量滤渣于试管中，加入稀硫酸，观察到有气泡产生。

（7）请根据实验现象和有关数据，回答下列问题：

①加入铁粉后，用玻璃棒不断搅拌的原因是_____。

②计算上述硫酸铜溶液中CuSO4的质量分数_____。（写出计算过程。）

Answer 1

【答案】把带火星的木条伸入试管中，如果带火星的木条复燃，说明是氧气，反之则不是 容易发生爆炸； 堵住，然后移近火焰； H2； 酸； 二氧化硫能够溶于水，溶于水后会导致试管内液面上升； 使硫酸铜和铁充分反应； 10%。

【解析】

方案设计：（1）由于氧气具有助燃性能使带火星的木条复燃，所以用带火星的木条检验，看是否复燃；

（2）①可燃性气体和助燃性气体点燃可能发生爆炸，所以如果放出的是O2和H2，方案中的安全隐患是：容易发生爆炸；

②实验室检验氢气纯度的方法是：实验前应先收集一试管气体，用拇指堵住，然后移近火焰，若不发出尖锐的爆鸣声，方可采用上面的装置进行实验；

【实验结论】

称量NaOH溶液，发现质量无增减，说明不含二氧化硫，表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，说明氧化铜被还原为铜，故产生的气体为氢气，所以本题答案为：H2；

【思维拓展】

（4）要想产生氢气必须是金属与酸反应，所以硫酸铜溶液中可能含有硫酸；

（5）氢气和氧化铜加热生成铜和水，反应的化学方程式为：H2+CuOCu+H2O；

（6）空气中的二氧化碳也能和氢氧化钠反应，试管中的液面会上升；

（7）①加入铁粉后，用玻璃棒不断搅拌的原因是使硫酸铜和铁充分反应；

②通过分析表中的数据可知，硫酸铜溶液的质量是：120g，设参加反应的硫酸铜的质量为x，

x＝12g

所以硫酸铜溶液中CuSO4的质量分数为： ×100%＝10%。