Question

請你參與下列探究：
[問題情景]某化學實驗小組同學將鐵粉投入硫酸銅溶液中，發現生成紅色固體物質的同時有較多的氣泡放出．這一現象激發起同學們的探究欲望，生成的是什么氣體？
[提出猜想]從元素守恒的角度，放出的氣體可能是SO₂、O₂、H₂．
[查閱資料]SO₂易溶于水，它能與NaOH反應，生成Na₂SO₃．
[方案設計]依據上述猜想，實驗小組同學分別設計了如下方案：
（1）甲同學認為是O₂，則檢驗方法是

 

．
（2）乙同學認為是SO₂，則只需將放出的氣體通入盛有NaOH溶液的洗氣瓶中，稱量通氣前后洗氣瓶的質量．寫出SO₂與NaOH反應的化學方程式

 

．
（3）實驗小組同學合作設計了如下組合實驗方案，排除和驗證猜想的氣體．

如果放出的是O₂和H₂，你認為方案中的安全隱患是

 

．
老師說：化學反應中，一種元素的化合價升高，肯定有元素的化合價降低，這是科學規律．丙同學根據老師這句話，說：“肯定不是

 

”．
[實驗探究]小組同學首先對裝置A進行稱量，再將收集到的氣體從a通入，過一會兒點燃B處酒精燈；一段時間后，發現表面含CuO的銅網由黑色變為光亮的紅色，B裝置的尾部有水珠生成；停止通氣，再次稱量裝置A，發現質量無增減．
結論：鐵粉與硫酸銅溶液反應時，產生的氣體是

 

．寫出B裝置中發生化學反應的方程式

 

．
[思維拓展]（1）由上述實驗可以推出，硫酸銅溶液中可能含有

 

物質．
（2）不通過稱量，如何判斷SO₂與NaOH溶液發生了反應呢？丁同學設計了如圖所示的裝置進行實驗，發現試管內液面上升，就得出SO₂與NaOH溶液發生反應的結論．其他同學認為這一方案不嚴謹，理由是

 

．要得到科學嚴謹的結論，仍利用該裝置，補做的實驗是

 

．

Answer 1

分析：[方案設計]（1）驗證是否為氧氣，檢驗氧氣的方法；
（2）根據氫氧化鈉的性質，判斷氫氧化鈉與二氧化硫反應的反應物和生產物，正確書寫化學方程式；
（3）可燃性氣體不純會爆炸．
[實驗探究]因為“發現表面含CuO的銅網由黑色變為光亮的紅色；停止通氣，再次稱量裝置A，發現質量不變”，所以產生的氣體為氫氣；書寫氫氣還原氧化銅的化學方程式．
[思維拓展]（1）因為加入金屬鐵有氫氣生成，所以溶液中含有游離的氫離子存在，含氫離子的溶液呈酸性；
（2）二氧化硫不但與氫氧化鈉溶液反應，還和水反應，利用對比實驗進行檢驗．

解答：解：
[方案設計]（1）氧氣的檢驗方法是：用帶火星的木條，能夠復燃說明是氧氣；
（2）SO₂與NaOH反應生成亞硫酸鈉和水，反應的化學方程式為SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（3）如果放出的是O₂和H₂，可燃性氣體氫氣不純點燃時會爆炸，實驗時在B處易發生爆炸事故；
根據化學反應中，一種元素的化合價升高，肯定有元素的化合價降低，若生成氣體含氧氣，O元素化合價升高，則必定還含有H或S元素化合價降低所產生的氫氣或二氧化硫氣體，因此，所得氣體肯定不能是氧氣；
[實驗探究]含CuO的銅網由黑色變為光亮的紅色說明有還原性氣體即氫氣，氫氣還原氧化銅的化學方程式CuO+H₂

△   .

Cu+H₂O；
[思維拓展]]（1）因為有氫氣生成，鐵應該與酸反應產生氫氣，所以要有游離的氫離子存在，則知硫酸銅溶液顯酸性；
（2）為了更嚴謹，應將氫氧化鈉溶液換成水，對比二氧化硫與水反應時液面上升的情況．
故答案為：
[方案設計]（1）用帶火星的木條試驗，木條復燃則是氧氣；
（2）SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（3）實驗時在B處易發生爆炸事故；氧氣；
[實驗探究]H₂；H₂+CuO

△   .

Cu+H₂O；
[思維拓展]（1）酸性；（2）SO₂易溶于水，也能使液面上升；將NaOH溶液換成水做對比實驗．

點評：本題主要考查化學實驗的方案設計與評價，了解猜想和事實驗證的方法及防范爆炸的措施，掌握氧氣的檢驗方法．