Question

13．某红色固体粉末样品可能含有Fe₂O₃和Cu₂O中的一种或两种，某校化学自主探究实验小组拟对其组成进行探究，查阅资料：Cu₂O在酸性溶液中会发生反应：
Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O
实验探究一：学生甲利用如图所示装置进行实验，称量反应前后装置C中样品的质量，以确定样品的组成．回答下列问题：

（1）仪器组装完成后，夹好止水夹，向装置A中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液注，若液柱高度保持不变，则说明装置A的气密性良好．
（2）从下列实验步骤中，选择正确的操作顺序：①⑤④②③（填序号）
①打开止水夹    ②熄灭C处的酒精喷灯  ③C处冷却至室温后，关闭止水夹
④点燃C处的酒精喷灯   ⑤收集氢气并验纯
实验探究二：
（3）学生乙取少量样品于烧杯中，加入过量稀硫酸，并作出如下假设和判断，结论正确的是C．
A．若固体全部溶解，说明样品中一定含有Fe₂O₃，一定不含有Cu₂O
B．若固体部分溶解，说明样品中一定含有Cu₂O，一定不含有Fe₂O₃
C．若固体全部溶解，再滴加KSCN溶液，溶液不变红色，说明样品一定含有Fe₂O₃和Cu₂O
另取少量样品于试管中，加入适量的浓硝酸，产生红棕色气体证明样品中一定含有Cu₂O，写出产生上述气体的化学方程式Cu₂O+6HNO₃（浓）=2Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+3H₂O．
实验探究三：
（4）学生丙取一定量样品于烧杯中，加入足量的稀硫酸，反应后经过滤得到固体3.2g，测得滤液中Fe²⁺有1.0mol，则样品中n（Cu₂O）=0.55mol．

Answer 1

分析 根据图象知，A装置实验目的是制取还原性气体，用的是简易启普发生器制取气体，可以用稀硫酸和Zn制取氢气；B装置作用是干燥气体，C装置用氢气还原红色物质，用酒精灯点燃未反应的氢气；
（1）利用压强差检验装置气密性；
（2）打开止水夹生成氢气，通过后续装置充满氢气排出装置中的空气后，检验气体纯度，收集检验氢气纯度，气体纯净后点燃C处的酒精喷灯，反应完成熄灭C处的酒精喷灯，待C处冷却至室温后，关闭止水夹，防止生成的铜被空气中氧气氧化；
（3）A、Fe₂O₃与硫酸反应生成硫酸铁，也可以是氧化铜和氧化亚铜的混合物，若固体是Fe₂O₃和Cu₂O的混合物，放入足量稀硫酸中会有Cu生成，Cu恰好能将Fe³⁺还原为Fe²⁺，固体全部溶解；
B、固体若是Fe₂O₃和Cu₂O的混合物，放入足量稀硫酸中会有Cu生成，Cu能将Fe³⁺还原为Fe²⁺，剩余固体可以是铜；
C、若固体全部溶解，所得溶液中滴加 KSCN 试剂时溶液不变红色，则一定是Fe₂O₃和Cu₂O的混合物，放入足量稀硫酸中发生反应生成硫酸铁、硫酸铜、铜，有Cu生成，固体恰好完全溶解，向溶液中滴加KSCN，溶液不变红色，则生成Cu能与Fe³⁺恰好完全反应Fe²⁺；
另取少量样品于试管中，加入适量的浓硝酸，产生红棕色的气体，氧化亚铜的氧化性大于硫离子，证明样品中一定含有Cu₂O，氧化亚铜和浓硝酸反应生成硝酸铜，二氧化氮和水；
（4）2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺，Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O，固体为铜，铁离子全部反应生成亚铁离子，结合化学方程式定量关系计算得到．

解答 解：根据图象知，A装置实验目的是制取还原性气体，用的是简易启普发生器制取气体，可以用稀硫酸和Zn制取氢气；B装置作用是干燥气体，C装置用氢气还原红色物质，用酒精灯点燃未反应的氢气；
（1）利用压强差检验装置气密性，其检验方法为：向装置A中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液注，若液柱高度保持不变，则该装置气密性良好，
故答案为：向装置A中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液注，若液柱高度保持不变； 
（2）氢气混有空气加热发生爆炸，所以开始先通氢气，打开止水夹生成氢气，通过后续装置充满氢气，目的是排出装置中的空气，检验最后U型管出来的气体氢气纯度，气体纯净后再点燃C处的酒精喷灯，反应完成后先撤酒精灯，玻璃管冷却再停氢气，操作位熄灭C处的酒精喷灯，待C处冷却至室温后，关闭止水夹，防止生成的铜被空气中氧气氧化，所以其排列顺序是①⑤④②③；
故答案为：①⑤④②③；
（3）A、固体全部溶解，若固体是Fe₂O₃和Cu₂O的混合物，放入足量稀硫酸中会有Cu生成，Cu恰好能将Fe³⁺还原为Fe²⁺，故A错误；
B、固体若是Fe₂O₃和Cu₂O的混合物，放入足量稀硫酸中会有Cu生成，Cu能将Fe³⁺还原为Fe²⁺，剩余铜，故B错误；
C、若固体全部溶解，再滴加KSCN溶液，溶液不变红色，因为Cu₂O溶于硫酸生成Cu和CuSO₄，而H₂SO₄不能溶解Cu，所以混合物中必须有Fe₂O₃存在，使其生成的Fe³⁺溶解产生的Cu，反应的有关离子方程式为Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O、2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺．说明样品一定含有Fe₂O₃和Cu₂O，故C正确；
另取少量样品于试管中，加入适量的浓硝酸，产生红棕色的气体，氧化亚铜的氧化性大于硫离子，证明样品中一定含有Cu₂O，氧化亚铜和浓硝酸反应生成硝酸铜，二氧化氮和水，反应的化学方程式为：Cu₂O+6HNO₃（浓）=2Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+3H₂O，
故答案为：C；Cu₂O；Cu₂O+6HNO₃（浓）=2Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+3H₂O；
（4）2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺，Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O，固体为铜，铁离子全部反应生成亚铁离子，生成1.0molFe²⁺，消耗Cu0.5mol，剩余Cu物质的量=$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，原样品中Cu2O物质的量=0.05mol+0.5mol=0.55mol，
故答案为：0.55．

点评 本题考查了物质组成的分析判断，实验过程分析应用，主要是氧化还原反应发生的条件，产物判断，掌握基础是关键，题目难度中等．