Question

20．某研究性學習小組的同學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？”經過討論后，得到了肯定的答案，邀請你一起對此展開探究．
[設計方案]甲同學利用氫氣還原氧化銅的原理和如圖裝置及藥品進行實驗（操作規(guī)范）．裝置A中發(fā)生反應的化學方程式為Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑，洗氣瓶B中濃硫酸的作用為吸收水．
[實驗探究]當玻璃管中固體由黑色轉變?yōu)榧t色時，實驗測得：①裝置C的玻璃管和其中固體的總質量在反應后減少了1.6g；②裝置D的干燥管和其中物質的總質量在反應后增加了1.82g，用此數(shù)據算得水中H、O元素的質量比為11：80，而由水的化學式算得H、O元素的質量比為1：8．
[分析交流]針對上述結果與理論值有偏差，乙同學認為：該裝置存在缺陷，此觀點得到了大家的認同，你對此改進的方法是在D裝置后面再連接一個干燥管（假設生成的水完全被D中堿石灰吸收，裝置內空氣中 的水蒸氣、CO₂忽略不計）．小組同學用改進后的裝置重新實驗得到了正確結果．
[意外發(fā)現(xiàn)]丙同學不小心將反應后的少量紅色固體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{色．
[提出問題]銅與稀硫酸是不反應的，這里溶液的顏色為什么會變藍呢？？
[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，它一稀硫酸的反應為：Cu₂O+H₂SO₄═CuSO₄+Cu+H₂O．
[得出結論]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果不影響（填“影響”或“不影響”）．
[提出猜想]針對紅色固體a的成分，小組同學提出猜想①是：Cu₂O和Cu；猜想②是：Cu₂O．
[拓展探究]丁同學利用改進后的裝置及藥品重新實驗，通過測量反應前后固體質量的方法去確定哪種猜想成立，他已稱得：①玻璃管的質量；②反應前紅色固體a和玻璃管的總質量，完全反應后，你認為他還需要稱量的質量反應后紅色固體a和玻璃管．
[教師點撥]稱取一定質量的紅色固體a與足量的稀硫酸充分反應后，經過濾、洗滌、干燥后再稱量紅色固體b的質量，也可以確定哪種猜想成立．

[定量分析]小組同學再次實驗，他們開始稱取質量為3.6g的紅色固體a，與足量的稀硫酸完全反應后得到紅色固體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量1.6g（利用Cu₂O+H₂SO₄═CuSO₄+Cu+H₂O．進行計算，寫出計算過程）；然后，通過與實際得到的  固體2g進行比較，判斷猜想①成立（填①或②）．

Answer 1

分析 鋅能和稀硫酸發(fā)生置換反應，濃硫酸具有吸水性；
空氣中含有水和二氧化碳；
玻璃管中固體減少的質量就是生成的水中氧元素的質量，紅色固體a中含有Cu₂O不影響對水的測定結果；
玻璃管的質量，反應前后紅色固體a和玻璃管的總質量都已經稱量，如果再知道生成水的質量，就可以確定紅色固體a的成分；
根據化學方程式計算可以確定紅色固體a的成分

解答 解：【設計方案】
鋅和稀硫酸反應能生成硫酸鋅和氫氣，反應的化學方程式為：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑．
故填：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑．
洗氣瓶B中濃硫酸的作用是吸收水．
故填：吸收水．
【實驗探究】
用此數(shù)據算得水中氧元素的質量是1.6g，氫元素的質量是1.82g-1.6g=0.22g，則水中H、O元素的質量比為：0.22g：1.6g=11：80，由水的化學式算得H、O元素的質量比為：（1×2）：（16×1）=1：8．
故填：11：80；1：8．
【分析交流】
因為空氣中的水、二氧化碳進入了干燥管，影響了結果，所以應該在D裝置后面再連接一個干燥管，這樣能夠防止空氣中的水和二氧化碳進入D中．
故填：在D裝置后面再連接一個干燥管．
【分析交流】
紅色固體a中含有Cu₂O不影響水測定結果，因為玻璃管中固體減少的質量就是生成的水中氧元素的質量，和固體的成分無關．
故填：不影響．
【提出猜想】猜想②應該是氧化亞銅．
故填：Cu₂O．
【拓展猜想】
因為完全反應后銅的質量通過稱量可以計算出來，如果知道反應生成的水的質量，根據化學方程式可以求出反應生成銅的質量，再和通過稱量計算出的銅的質量比較，就可以確定固體的組成，因此還需要稱量反應后紅色固體a和玻璃管的質量．
故填：反應后紅色固體a和玻璃管．
【定量分析】
設3.6g紅色固體a都是Cu₂O，則完全反應后生成銅的質量為X，
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
 144                             64
3.6g                            x
.$\frac{144}{3.6g}=\frac{64}{x}$                       
x=1.6g，
與得到的紅色固體2g不符，說明紅色固體中含有氧化亞銅和銅．
故填：①．
故答案為：
[設計方案]Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；吸收水；
[實驗探究]11：80；1：8；
[分析交流]在D裝置后面再連接一個干燥管；
[提出問題]不影響；
[提出猜想]Cu₂O；
[拓展探究]反應后紅色固體a和玻璃管；
[定量分析]1.6g；①．

點評 通過計算可以確定物質的組成，這是近年來常考的內容之一，既是重點、又是難點，要仔細領會、全面掌握．