19.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.
[設計方案】甲同學利用氫氣還原氧化銅的原理和下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(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①11:80,而由水的化學式算得H、O元素的質(zhì)量比為②1:8.
【分析交流1】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(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2】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;猜想②是:Cu2O和Cu
【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反應后紅色固體a和玻璃管 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.請通過計算說明,哪個猜想成立.
【拓展探究】他還需要稱量反應后紅色固體和玻璃管的總質(zhì)量.

分析 根據(jù)鋅能和稀硫酸發(fā)生置換反應,濃硫酸具有吸水性進行分析;
根據(jù)空氣中含有水和二氧化碳進行分析;
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果進行分析;
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.

解答 解:【設計方案】鋅和稀硫酸反應能生成硫酸鋅和氫氣,化學方程式為:Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑;洗氣瓶B中濃硫酸的作用是吸收水;
【實驗探究】用此數(shù)據(jù)算得水中氧元素的質(zhì)量是1.6g,氫元素的質(zhì)量是1.82g-1.6g=0.22g,則水中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;
【提出猜想】氧化銅、銅都是紅色的,所以猜想②應該是Cu2O和Cu;
【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
$\frac{144}{64}$=$\frac{3.6}{x}$
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.
所以猜想②成立.
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;
【分析交流】不影響;
【提出猜想】Cu2O和Cu;
【拓展猜想】反應后紅色固體a和玻璃管的質(zhì)量.
【定量分析】猜想②.

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,要仔細領會、全面掌握.

練習冊系列答案
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