Question

某氧化銅（CuO）粉末中混有少量氧化亞銅（Cu₂O），現有一課外活動小組利用下圖所示裝置測定其中Cu₂O的含量，請根據圖示內容回答下列問題：

（1）X是常見還原性氣體CO、H₂中的一種（可能混有少量水和二氧化碳），請根據組合裝置判斷X的化學式為

 

，A裝置的作用是

 

，
（2）B裝置的作用是

 

，若缺少它，將直接導致反應后

 

裝置內的物質的質量偏差．
（3）已知Cu₂O在加熱的條件下也能被X氣體還原為Cu，寫出C裝置中所有發生反應的化學方程式

 

，

 

．
（4）E裝置的作用是

 

，
（5）已知反應前混合物的總質量為15.2g，完全反應后U型管內物質的質量增加了2.7（損失忽略不計），則原混合物中Cu₂O的質量為

 

．
（6）若進入C中的氣體換成兩種氣體中的另外一種，同樣要求用該裝置完成Cu₂O含量的測定實驗，則D中的藥品應改換為

 

．

Answer 1

分析：該題是一道綜合實驗題，由題意可知，實驗目的是測定氧化銅和氧化亞銅混合物中氧化亞銅的含量，反應原理是利用還原性氣體奪氧．氫氣奪氧生成的水被氯化鈣吸收，D裝置質量增加量為生成的水的質量．已知氧化銅和氧化亞銅混合物的質量和生成水的質量，根據相關的化學方程式就可求出氧化亞銅的質量，確定混合物中其含量．
   由題意知氫氣中混有水蒸氣和二氧化碳氣體，若不除去，測得水的質量就會有偏差，為此在氫氣奪氧前必須將其除去，干燥用濃硫酸，除二氧化碳用氫氧化鈉溶液，在除二氧化碳時因從溶液里經過，必定帶出水蒸氣，所以要把干燥放在其后進行．
  當D與外界連通時，氯化鈣會吸收空氣中的水蒸氣，使測得水的質量出現偏差，所以加E裝置，用以防止空氣中的水蒸氣進入D裝置，使實驗數據更準確．

解答：解：（1）D裝置的作用是吸收X氣體奪氧后生成的氣體，由D裝置盛放氯化鈣干燥劑可知，吸收的是水，所以X氣體為氫氣，化學式為：H₂，A裝置中盛放濃燒堿溶液，能與二氧化碳反應，其作用是除去H₂中的CO₂氣體．
    （2）B裝置中盛放濃硫酸，濃硫酸具有吸水性，其作用是干燥H₂ ．若缺少它，氫氣攜帶的水蒸氣經過C裝置也會進入D裝置，被氯化鈣吸收，使測得水的質量出現偏差．所以若缺少它，將直接導致反應后D裝置內的物質的質量偏差．
    （3）已知Cu₂O在加熱的條件下也能被X氣體還原為Cu，寫出C裝置中所有發生反應的化學方程式：
                                CuO+H₂

△   .

Cu+H₂O            Cu₂O+H₂

△   .

2Cu+H₂O
    （4）當D與外界連通時，氯化鈣會吸收空氣中的水蒸氣，使測得水的質量出現偏差，所以E裝置的作用是：防止空氣中H₂O進入D裝置中．
    （5）已知反應前混合物的總質量為15.2g，完全反應后U型管內物質的質量增加了2.7（損失忽略不計），則原混合物中Cu₂O的質量為 7.2g．
    設原混合物中 Cu₂O的質量為X，它與H₂反應生成水的質量為Y，那么CuO的質量為：15.2g-X，它與H₂反應生成水的質量為2.7g-Y．
                     CuO+H₂

△   .

Cu+H₂O                Cu₂O+H₂

△   .

2Cu+H₂O
                      80           18                144            18
                   15.2g-X       2.7g-y               X             Y

80 18 = 15.2g-X 2.7g-Y 144 18 = X Y

          
解方程組得：X=7.2g
所以原混合物中Cu₂O的質量為7.2g．      
              
（6）若改成CO氣體時，奪氧后生成的氣體就不是水，而是二氧化碳，所以應把D中的藥品應改換為 NaOH．
故答案為：（1）H₂；除去H₂中CO₂氣體
（2）干燥H₂；D
（3）CuO+H₂

△   .

Cu+H₂O；   Cu₂O+H₂

△   .

2Cu+H₂O
（4）防止空氣中H₂O進入D裝置中
（5）7.2g
（6）NaOH

點評：該題是一道綜合實驗題，實驗設計嚴密，考查的知識點較多，解題的關鍵是明確實驗目的和原理，分析綜合裝置各部分的作用．