Question

20．探究一：为除去铜片中混有的少量铁片，并测定该混合物中铁的质量分数，现有如下A、B两组实验方案．
A：称取一定质量的样品$\frac{加入足量的稀盐酸}{搅拌}$过滤、洗涤、干燥、称量所得固体质量
B：称取一定质量的样品$\frac{加入足量的硫酸铜溶液}{搅拌}$过滤、洗涤、干燥、称量所得固体质量
（1）两种方案，你认为不能达到目的是B（填“A”或“B”），理由是生成的铜盖在铁片表面，使铁不能完全反应．
（2）在你所选取的方案中，若采用加热烘干的方式干燥滤渣，会导致测定的铁的质量分数偏小（填“偏大”、“偏小”、“不变”或“无法判断”）．
探究二：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】放出的气体可能是SO₂、O₂、H₂，提出猜想的依据是质量守恒定律．
【查阅资料】SO₂易溶于水，化学性质与二氧化碳有相似之处，它能使澄清石灰水变浑浊，生成CaSO₃．
【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，则检验方法是用带火星的木条．
（2）乙同学认为是SO₂，则只需将放出的气体通入澄清石灰水中，看澄清石灰水是否变浑浊．写出SO₂与Ca（OH）₂反应的化学方程式SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃+H₂O．
（3）实验小组同学合作设计了如下组合实验方案，排除和验证猜想的气体．

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．
【实验结论】铁粉与硫酸铜溶液反应时，产生的气体是H₂．
探究三：在铜的冶炼史中我国劳动人民有一项重大发明是“湿法冶金”．在五千年前我国劳动人民还会使用木炭炼铜．在化学实验室里模拟炼铜，既可用传统的实验装置（见图甲），又能用改进的微型实验装置（见图乙）．化学兴趣小组采用图乙装置，开展以下探究活动：
【提出问题】木炭与CuO反应所得红色固体中含有什么物质？

【查阅资料】
（1）木炭与CuO的反应是：C+2CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑，若该反应进行的不彻底，产物中还有氧化亚铜（Cu₂O）
（2）Cu₂O是红色固体，能与稀硫酸反应：Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O
作出猜想】红色固体的成分：
①全部是Cu；②全部是Cu₂O；③是Cu和Cu₂O的混合物．
【实验探究】
（1）取木炭、CuO两种黑色粉末适量，再取少许CaCl₂（能降低反应温度，加快反应速率）均匀混合，然后将黑色粉末装入长柄V形玻璃管的直管内．
（2）按图乙连好实验装置，然后加热反应物；2分钟后，黑色粉末出现红热现象，同时澄清的石灰水变浑浊，此时停止加热．
（3）待玻璃管冷却后，提取里面的红色固体，进行如下的验证：

步骤	现象	结论
①取1.44g红色固体装入试管，滴入足量的稀硫酸，充分反应	红色固体部分减少，溶为变为蓝色	猜想①错误
②滤出试管中残留的红色固体，洗涤干燥，称其质量为1.04g	/	猜想②正确

【评价反思】
使用图乙装置与使用图甲装置相比，其优点是节约药品（写出1条即可）．

Answer 1

分析 探究一：（1）铁与硫酸铜反应时生成的铜会附着在铁的表面，使反应不能彻底进行．
（2）铜在高温下会与氧气反应，烘干后质量增大；
探究二：提出猜想：进行猜想要考虑到反应前后元素种类不变；
【方案设计】（1）根据质量守恒定律考虑；
（2）根据题中信息结合化学方程式的写法考虑；
结论：根据实验现象分析实验结论；
探究三：【作出猜想】根据两种物质都有考虑；
【实验探究】
（2）据反应C+2CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑可知，反应过程中有二氧化碳产生，故石灰水会变浑浊；
（3）据红色固体部分减少，推测含有Cu₂O；据铜的质量推测原固体中含有铜单质；
【评价反思】微型实验装置药品用量较少，节约药品．

解答 解：
探究一：（1）铁与硫酸铜反应时生成的铜会附着在铁的表面，使反应不能彻底进行，所以B方案不能达到目的．
（2）铜在高温下会与氧气反应生成氧化铜，烘干后质量增大，会导致测定的铁的质量分数 偏小；
探究二：铁粉投入硫酸铜溶液中，反应前含有S、O、H、Cu元素，依据质量守恒定律可以得出猜想；
【方案设计】（1）氧气具有助燃性，可以通过检验气体的助燃效果进行判断；
故为：用带火星的木条检验，看木条是否复燃；
（2）二氧化硫和氢氧化钙反应会生成亚硫酸钙和水；化学方程式为：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+H₂O；
结论：A装置中溶液不变浑浊，说明没有二氧化硫，H₂可以使CuO还原成红色的Cu，故产生的气体为氢气；
探究三：【作出猜想】红色固体的成分：③既有Cu也有Cu₂O．
【实验探究】
（2）据反应C+2CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑可知，反应过程中有二氧化碳产生，故石灰水会变浑浊；
（3）红色固体部分减少，推测含有Cu₂O，故滴入的应是稀硫酸，氧化亚铜与稀硫酸反应生成硫酸铜、铜和水，故溶液变为蓝色，所以猜想①错误；
由化学方程式Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O知，每144份质量的氧化亚铜反应会生成64份质量的铜，若有1.44g的氧化亚铜反应会生成0.64g的铜，而实际收集到的铜的质量为1.04g，故1.44g是氧化亚铜和铜的混合物．
【评价反思】微型实验装置药品用量较少，节约药品；
故答案为：
探究一：（1）B；生成的铜盖在铁片表面，使铁不能完全反应；
（2）偏小；
探究二：【提出猜想】质量守恒定律（或元素守恒）；
【方案设计】（1）用带火星的木条；
（2）SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃+H₂O；
【实验结论】H₂；
探究三：【作出猜想】③是Cu和Cu₂O的混合物；
【实验探究】（2）变浑浊（3）稀硫酸；蓝；①；②
【评价反思】节约药品（或节约能源等）．

点评 本题主要考查化学实验的方案设计与评价，在解此类题时，首先分析题中考查的问题，然后结合所给的知识和学过的知识进行分析解答．