Question

17．化學興趣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．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上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中濃硫酸的作用為干燥氣體．
【實驗探究】實驗過程中觀察到C中黑色固體變?yōu)榧t色（填實驗現(xiàn)象），最終測得：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(jù)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．
【問題討論】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裝置的后面，再連接一個D裝置，防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳對實驗造成干擾（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也能被還原成Cu；
②Cu₂O固體是紅色的，它與稀硫酸的反應為：
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．
【定量分析】①小組同學再次實驗，他們稱取質量為3.6g的紅色固體a，與足量的稀硫酸完全反應后，經過濾、洗滌、干燥、稱量后得到紅色固體b為2g．假如3.6g紅色固體a都是Cu₂O，請你計算生成銅的質量（寫出計算過程）．
②請確定哪種猜想成立并說明理由由于1.6g＜2g，紅色固體中一定含有Cu₂O和Cu，猜想①成立．

Answer 1

分析 【設計方案】根據(jù)鋅與稀硫酸的反應寫出裝置A中發(fā)生反應的化學方程式，根據(jù)濃硫酸具有吸水性分析濃硫酸的作用；
【實驗探究】根據(jù)在加熱的條件下氫氣與氧化銅的反應，分析實驗過程中觀察到C中的實驗現(xiàn)象，根據(jù)氧化銅減少的質量和堿石灰增加的質量進行分析；
【問題討論】根據(jù)堿石灰能吸收空氣中的水分、二氧化碳等分析；
【分析交流】根據(jù)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進行分析；
【提出猜想】根據(jù)氧化銅被還原的生成物進行猜想．
【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：【設計方案】由裝置圖可知，裝置A中鋅與稀硫酸反應生成了硫酸鋅和氫氣，發(fā)生反應的化學方程式為：Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，由于濃硫酸具有吸水性，洗氣瓶B中濃硫酸的作用為干燥氣體．
【實驗探究】由于在加熱的條件下，氫氣還原氧化銅生成了銅和水，所以，實驗過程中觀察到C中黑色固體變?yōu)榧t色，通過題中的數(shù)據(jù)可知，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，理論上為水中氧元素的質量，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即為水的質量，用此數(shù)據(jù)算得水中H、O元素的質量比為（1.82g-1.6g）：1.6g=11：80．
【問題討論】由于堿石灰能吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，該裝置存在缺陷，對此改進的方法是：在D裝置的后面，再連接一個D裝置，防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳對實驗造成干擾．
【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；
【提出猜想】由于CuO被還原的過程中會有Cu₂O生成，Cu₂O固體是紅色的，Cu₂O也能被還原成Cu；所以，猜想②是：Cu₂O．
【定量分析】①設生成銅的質量為x，則
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
144              64
3.6g            x
$\frac{144}{64}=\frac{3.6g}{x}$  解得：x=1.6g       
②由于1.6g＜2g，紅色固體中一定含有Cu₂O和Cu，故猜想①成立．
故答為：【設計方案】Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，干燥氣體；
【實驗探究】黑色固體變?yōu)榧t色，11：80；
【問題討論】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驗造成干擾
【分析交流】不影響；
【提出猜想】Cu₂O；
【定量分析】①生成銅的質量為1.6g；②由于1.6g＜2g，紅色固體中一定含有Cu₂O和Cu，故猜想①成立．

點評 通過計算可以確定物質的組成，這是近年來�？嫉膬热葜�一，既是重點、又是難點，要仔細領會、全面掌握．