Question

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(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）．洗氣瓶B中濃硫酸的作用為

 

【實驗探究】當玻璃管中固體由黑色轉(zhuǎn)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(zhì)量在反應后減少了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

 

 （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）．小組同學用改進后的裝置重新實驗得到了正確結(jié)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灑落到足量稀硫酸中了，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(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，小組同學提出猜想①是：Cu₂O和Cu；猜想②是：

 

．
【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(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反應前紅色固體a和玻璃管的總質(zhì)量，完全反應后，你認為他還需要稱量

 

的質(zhì)量．
【教師點撥】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】小組同學再次實驗，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

 

成立（填①或②）．

Answer 1

考點：實驗探究物質(zhì)的組成成分以及含量,氣體的干燥（除水）,氫氣的制取和檢驗,酸的化學性質(zhì),根據(jù)化學反應方程式的計算,氫氣的化學性質(zhì)與燃燒實驗

專題：科學探究

分析：【設(shè)計方案】根據(jù)濃硫酸具有吸水性進行分析；
【實驗探究】根據(jù)氧化銅減少的質(zhì)量和堿石灰增加的質(zhì)量進行分析；
【分析交流】根據(jù)空氣中含有水和二氧化碳進行分析；
【分析交流】根據(jù)玻璃管中固體減少的質(zhì)量就是生成的水中氧元素的質(zhì)量，紅色固體a中含有Cu₂O不影響對水的測定結(jié)果進行分析；
【拓展探究】根據(jù)玻璃管的質(zhì)量，反應前后紅色固體a和玻璃管的總質(zhì)量都已經(jīng)稱量，如果再知道生成水的質(zhì)量，就可以確定紅色固體a的成分進行分析；
【定量分析】根據(jù)化學方程式和題中的數(shù)據(jù)，通過計算可以確定紅色固體a的成分．

解答：解：【設(shè)計方案】洗氣瓶B中濃硫酸的作用是吸收水，所以洗氣瓶B中濃硫酸的作用為：干燥氫氣；
【實驗探究】通過題中的數(shù)據(jù)，計算得出水中氧元素的質(zhì)量是1.6g，氫元素的質(zhì)量是1.82g-1.6g=0.22g，所以水中H、O元素的質(zhì)量比為：0.22g：1.6g=11：80，由水的化學式算得H、O元素的質(zhì)量比為：（1×2）：（16×1）=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(jié)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；
【分析交流】紅色固體a中含有Cu₂O不影響水測定結(jié)果，因為玻璃管中固體減少的質(zhì)量就是生成的水中氧元素的質(zhì)量，和固體的成分無關(guān)；
【提出猜想】猜想②應該是氧化亞銅；
【拓展猜想】因為完全反應后銅的質(zhì)量通過稱量可以計算出來，如果知道反應生成的水的質(zhì)量，根據(jù)化學方程式可以求出反應生成銅的質(zhì)量，再和通過稱量計算出的銅的質(zhì)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(zhì)量；
【定量分析】
設(shè)3.6g紅色固體a都是Cu₂O，則完全反應后生成銅的質(zhì)量為x，
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
144              64
3.6g             x

144

3.6g

=

64

x

x=1.6g
由于1.6g＜2g，因此紅色固體a中含有Cu₂O和Cu．
故答案為：【設(shè)計方案】干燥氫氣；
【實驗探究】11：80，1：8；
【分析交流】在D裝置后，再連接一個盛堿石灰的干燥管，防止空氣中的水蒸氣和CO₂加入D裝置；
【分析交流】不影響；
【提出猜想】Cu₂O；
【拓展探究】反應后紅色固體和玻璃管的總質(zhì)量；
【定量分析】①．
解：設(shè)生成銅的質(zhì)量為x
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
144              64
3.6g             x

144

3.6g

=

64

x

x=1.6g
由于1.6g＜2g，因此紅色固體a中含有Cu₂O和Cu．

點評：通過計算可以確定物質(zhì)的組成，這是近年來�？嫉膬�(nèi)容之一，既是重點、又是難點，要仔細領(lǐng)會、全面掌握．