Question

某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用電解水的方法測定水的組成后，提出問題：“測定水的組成還有其他的方法嗎？”經(jīng)過討論后，得到了肯定的答案，邀請你一起對此展開探究。

［設(shè)計方案］甲同學(xué)利用氫氣還原氧化銅的原理和下圖裝置及藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（操作規(guī)范）。裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為       ，洗氣瓶B中濃硫酸的作用為   

［實(shí)驗(yàn)探究］當(dāng)玻璃管中固體由黑色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色時，實(shí)驗(yàn)測得：①裝置C的玻璃管和其中固體的總質(zhì)量在反應(yīng)后減少了1.6g；②裝置D的干燥管和其中物質(zhì)的總質(zhì)量在反應(yīng)后增加了1.82g，用此數(shù)據(jù)算得水中H、O元素的質(zhì)量比為       ，而由水的化學(xué)式算得H、O元素的質(zhì)量比為          。

［分析交流］針對上述結(jié)果與理論值有偏差，乙同學(xué)認(rèn)為：該裝置存在缺陷，此觀點(diǎn)得到了大家的認(rèn)同，你對此改進(jìn)的方法是     （假設(shè)生成的水完全被D中堿石灰吸收，裝置內(nèi)空氣中的水蒸氣、CO₂忽略不計）。小組同學(xué)用改進(jìn)后的裝置重新實(shí)驗(yàn)得到了正確結(jié)果。

［意外發(fā)現(xiàn)］丙同學(xué)不小心將反應(yīng)后的少量紅色固體a灑落到多量稀硫酸中了，發(fā)現(xiàn)除了有紅色固體b以外，溶液的顏色由無色變?yōu)樗{(lán)色。

［提出問題］銅與稀硫酸是不反應(yīng)的，這里溶液的顏色為什么會變藍(lán)呢？

［查閱資料］①CuO被還原的過程中會有Cu₂O生成，Cu₂O也能被還原在Cu；

②Cu₂O固體是紅色的，它一稀硫酸的反應(yīng)為：

Cu₂O+H₂SO₄＝CuSO₄+Cu+H₂O.

[得出結(jié)論]紅色固體a中含有Cu₂O。

［分析交流］紅色固體a中含有Cu₂O是否會影響水組成的測定結(jié)果     （填“影響”或“不影響”）。

［提出猜想］針對紅色固體a的成分，小組同學(xué)提出猜想①是：Cu₂O和Cu；猜想②是：            。

［拓展探究］丁同學(xué)利用改進(jìn)后的裝置及藥品重新實(shí)驗(yàn)，通過測量反應(yīng)前后固體質(zhì)量的方法去確定哪種猜想成立，他已稱得：①玻璃管的質(zhì)量；②反應(yīng)前紅色固體a和玻璃管的總質(zhì)量，完全反應(yīng)后，你認(rèn)為他還需要稱量           的質(zhì)量。

［教師點(diǎn)撥］稱取一定質(zhì)量的紅色固體a與足量的稀硫酸充分反應(yīng)后，經(jīng)過濾、洗滌、干燥后再稱量紅色固體b的質(zhì)量，也可以確定哪種猜想成立。

［定量分析］小組同學(xué)再次實(shí)驗(yàn)，他們開始稱取質(zhì)量為3.6g的紅色固體a，與足量的稀硫酸完全反應(yīng)后得到紅色固體b為2g 。假如3.6g紅色固體a都是Cu₂O，請你計算出生成銅的質(zhì)量（利用Cu₂O+H₂SO₄＝CuSO₄+Cu+H₂O.進(jìn)行計算，寫出計算過程）；然后，通過與實(shí)際得到的固體2g進(jìn)行比較，判斷猜想        成立（填①或②）。

 

Answer 1

【答案】

［設(shè)計方案］Zn+H₂SO₄==ZnSO₄+H₂↑；干燥

［實(shí)驗(yàn)探究］11:80  ；1:8

［分析交流］在D裝置的后面，再連接一個D裝置，防止空氣中的水蒸氣對實(shí)驗(yàn)造成干擾

［分析交流］不影響

［提出猜想］Cu₂O

［拓展探究］反應(yīng)后玻璃管的質(zhì)量和紅色固體的總質(zhì)量

［定量分析］①

【解析】該題中水是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，故需要對水的質(zhì)量從各個方面防止其它不是本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生水的干擾。為了防止制取H2的過程帶出水分，故要對H2進(jìn)行干燥處理，H2是中性氣體，故可選擇濃硫酸干燥；防止空氣中的水蒸氣對實(shí)驗(yàn)造成干擾，故需要在D裝置后再連接一個和D一樣的裝置；

由于裝置C中發(fā)生H₂+CuO Cu+H₂O，D中的水其實(shí)是C中反應(yīng)產(chǎn)生的水，裝置C的玻璃管和其中固體的總質(zhì)量在反應(yīng)后減少了1.6g，其實(shí)質(zhì)是CuO中氧元素的質(zhì)量為1.6g；裝置D的干燥管和其中物質(zhì)的總質(zhì)量在反應(yīng)后增加了1.82g，其實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生水的總質(zhì)量為1.82g,故氫元素質(zhì)量為1.82-1.6=0.22g,所以水中H、O元素的質(zhì)量比=0.22：1.6=11：80 ；

紅色固體a中含有Cu₂O是不會影響水組成，原因是它的存在不產(chǎn)生水；本實(shí)驗(yàn)中測定C、D裝置質(zhì)量變化是關(guān)鍵，而C、D裝置質(zhì)量變化都是由于水的質(zhì)量變化引起的。

解：設(shè)生成銅的質(zhì)量為x，則

Cu₂O+H₂SO₄＝CuSO₄+Cu+H₂O

144                 64

3.6                  x

       x=     1. 6g

答：生成銅的質(zhì)量為1.6g

由于 1.6g<2g ，故紅色固體中一定含有Cu₂O，猜想1成立