Question

14．已知木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的主要反應(yīng)：C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑，某化學(xué)興趣小組對(duì)該實(shí)驗(yàn)紅色固體產(chǎn)物的成份（假設(shè)反應(yīng)物已完全反應(yīng)）作如下探究：
探究一：檢驗(yàn)紅色固體產(chǎn)物的成份
【查閱資料】Ⅰ．木炭還原氧化銅除生成銅外還可能生成氧化亞銅（Cu₂O）；
Ⅱ．Cu和Cu₂O均為不溶于水的紅色固體；Ⅲ．Cu₂O+H₂SO₄═CuSO₄+Cu+H₂O
【提出問題】該實(shí)驗(yàn)的紅色固體產(chǎn)物中含有什么物質(zhì)？
【猜想與假設(shè)】假設(shè)1：紅色固體只含Cu；       假設(shè)2：紅色固體只含Cu₂O；
假設(shè)3：紅色固體Cu、Cu₂O的混合物（請(qǐng)補(bǔ)充完成假設(shè)3）．
【實(shí)驗(yàn)探究】（填寫表中空格）

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
取少量紅色固體加入到足量稀硫酸溶液中	若無明顯現(xiàn)象	假設(shè)1成立
	若固體部分（選填“全部”或“部分”）溶解，溶液由無色變藍(lán)色	假設(shè)2和假設(shè)3均成立

探究二：測(cè)定該實(shí)驗(yàn)紅色固體產(chǎn)物中Cu₂O的含量
該化學(xué)興趣小組經(jīng)交流討論后，設(shè)計(jì)了如下兩方案：
方案一：稱取5.00g紅色固體加入到足量稀硫酸溶液中使其充分反應(yīng)后，操作A、洗滌、干燥，稱量得紅色固體質(zhì)量為4.10g．
（1）操作A的名稱是過濾，在實(shí)驗(yàn)室中完成操作A的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯和漏斗；
（2）檢驗(yàn)反應(yīng)后剩余紅色固體是否洗滌干凈的方法是：取少量最后一次洗滌液，加入氫氧化鈉溶液，如果觀察到現(xiàn)象：無藍(lán)色沉淀生成，說明已洗滌干凈．
（3）通過計(jì)算，假設(shè)3成立，紅色固體產(chǎn)物中Cu₂O的含量為1.44g；
方案二：稱取5.00g的紅色固體，用如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（固定裝置略去，堿石灰為氧化鈣和氫氧化鈉的混合物），通過測(cè)定反應(yīng)前后裝置d的質(zhì)量達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />
（1）裝置a中用稀硫酸而不用稀鹽酸，原因是鹽酸揮發(fā)出氯化氫氣體，與d中的物質(zhì)反應(yīng)，影響測(cè)定結(jié)果；
（2）裝置b的作用是干燥氫氣，若不加裝置b，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)偏大（“偏大”或“偏小”）；
（3）裝置c中涉及的反應(yīng)化學(xué)方程式Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
（4）裝置e的作用是防止空氣中CO₂及H₂O對(duì)裝置d的測(cè)量造成誤差，若不加裝置e，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)偏大（“偏大”或“偏小”）；
（5）點(diǎn)燃酒精燈前涉及的部分操作如下，
①連接儀器；②檢查裝置的氣密性；
③關(guān)閉K₂，打開K₁，通氫氣一段時(shí)間以趕盡裝置內(nèi)原有的空氣，其目的是：a．防止空氣中的H₂O和CO₂進(jìn)入裝置d干擾測(cè)定；b．防氫氣不純，發(fā)生爆炸，檢驗(yàn)空氣是否趕盡的方法是：在K₁處用小試管收集氣體，進(jìn)行點(diǎn)燃；④打開K₂，關(guān)閉K₁
（6）經(jīng)測(cè)定反應(yīng)前后裝置d的質(zhì)量分別為100.00g、100.18g，計(jì)算產(chǎn)物中Cu₂O的含量（寫出計(jì)算過程，最后結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位）
【交流與反思】
（1）在方案一實(shí)驗(yàn)測(cè)定中，若測(cè)定結(jié)果偏大，則下列可能的原因有①②③．（填序號(hào)）
①反應(yīng)后剩余紅色固體未洗滌干凈     ②洗滌后未完全干燥
③干燥方法采用的是在空氣中加熱烘干 ④稱量剩余紅色固體時(shí)，有部分固體灑落到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上
（2）方案二中利用同樣的裝置，還可通過測(cè)定反應(yīng)前后裝置c（填“a”、“b”或“c”）的質(zhì)量達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?

Answer 1

分析 探究一：【猜想與假設(shè)】因?yàn)镃u和Cu₂O均為不溶于水的紅色固體，則根據(jù)假設(shè)1、2，推測(cè)假設(shè)3；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】如果暗紅色固體中含有Cu₂O，加入稀硫酸時(shí)，Cu₂O和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅，硫酸銅溶液是藍(lán)色的；
探究二：
【方案一】（1）考慮操作A是過濾，掌握在實(shí)驗(yàn)室中完成過濾的玻璃儀器；
（2）考慮氫氧化鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀；
（3）根據(jù)Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，通過計(jì)算，如果假設(shè)3成立，可計(jì)算紅色固體產(chǎn)物中Cu₂O的含量；
【方案二】
（1）鹽酸易揮發(fā)，容易揮發(fā)出氯化氫氣體；
（2）考慮濃硫酸的吸水干燥作用；
（3）裝置c中涉及的反應(yīng)為：氫氣與Cu₂O生成銅與水；
（4）空氣中含有水蒸氣和二氧化碳，能夠被堿石灰吸收；
（5）正確的順序是：先連接儀器，檢查裝置的氣密性，再關(guān)閉K₂，打開K₁，通氫氣一段時(shí)間，把裝置中的水蒸氣和二氧化碳排出，再打開K₂，關(guān)閉K₁，點(diǎn)燃酒精燈；
（6）根據(jù)化學(xué)方程式化和質(zhì)量守恒定律，計(jì)算產(chǎn)物中Cu₂O的含量；
【交流與反思】
（1）根據(jù)在方案一的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，考慮測(cè)定結(jié)果偏大的可能的原因；
（2）通過測(cè)定反應(yīng)前后c裝置的質(zhì)量也可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

解答 解：探究一：
【猜想與假設(shè)】因?yàn)镃u和Cu₂O均為不溶于水的紅色固體，則根據(jù)假設(shè)1、2，推測(cè)假設(shè)3為紅色固體Cu、Cu₂O的混合物；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】取少量暗紅色固體，加入稀硫酸，如果觀察到固體部分溶解，溶液變成藍(lán)色，即Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，說明暗紅色固體含有Cu₂O．
探究二：
【方案一】稱取5.00g紅色固體加入到足量稀硫酸溶液中使其充分反應(yīng)后，操作A、洗滌、干燥，稱量得紅色固體質(zhì)量為4.10g．故：
（1）操作A的名稱是 過濾，在實(shí)驗(yàn)室中完成操作A的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯和漏斗；
（2）檢驗(yàn)反應(yīng)后剩余紅色固體是否洗滌干凈的方法是：取少量最后一次洗滌液，加入氫氧化鈉溶液，如果觀察到現(xiàn)象：無藍(lán)色沉淀生成，說明已洗滌干凈．
（3）設(shè)紅色固體產(chǎn)物中Cu₂O的質(zhì)量為x．
根據(jù)Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O 質(zhì)量差
    144              64     80
     x                      5.00g-4.20g=0.8g
則$\frac{144}{80}=\frac{x}{0.8g}$，解得x=1.44g
通過計(jì)算，假設(shè)3成立，紅色固體產(chǎn)物中Cu₂O的含量為1.44g
【方案二】
（1）裝置a中用稀硫酸而不用稀鹽酸，原因是鹽酸易揮發(fā)，揮發(fā)出的氯化氫能被堿石灰吸收，影響測(cè)定結(jié)果．
（2）裝置b的作用是 干燥氫氣，若不加裝置b，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)偏大；
（3）裝置c中涉及的反應(yīng)化學(xué)方程式Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
（4）若不加裝置e，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)偏高，原因是d中的堿石灰能夠吸收空氣中的水和二氧化碳，從而使測(cè)定的水的質(zhì)量偏高，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的Cu₂O的質(zhì)量偏高，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)偏大；
（5）點(diǎn)燃酒精燈前涉及的部分操作如下，①連接儀器；②檢查裝置的氣密性；③關(guān)閉K₂，打開K₁，通氫氣一段時(shí)間以趕盡裝置內(nèi)原有的空氣，其目的是：a．防止空氣中的H₂O和CO₂進(jìn)入裝置d干擾測(cè)定；b．防氫氣不純，發(fā)生爆炸，檢驗(yàn)空氣是否趕盡的方法是：在K₁處用小試管收集氣體，進(jìn)行點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)；④打開K₂，關(guān)閉K₁；
（6）經(jīng)測(cè)定反應(yīng)前后裝置d的質(zhì)量分別為100.00g、100.18g，則根據(jù)質(zhì)量守恒定律，生成水的質(zhì)量為100.18g-100.00g=0.18g，則設(shè)產(chǎn)物中Cu₂O的含量為x．
Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O
144          18
x          0.18g
則$\frac{144}{x}=\frac{18}{0.18g}$，解得x=1.44g
答：產(chǎn)物中Cu₂O的含量為1.44g．
【交流與反思】
（1）在方案一實(shí)驗(yàn)測(cè)定中，若測(cè)定結(jié)果偏大，則下列可能的原因有：①反應(yīng)后剩余紅色固體未洗滌干凈；②洗滌后未完全干燥；③干燥方法采用的是在空氣中加熱烘干，銅與氧氣反應(yīng)，使固體質(zhì)量增加．而④稱量剩余紅色固體時(shí)，有部分固體灑落到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，結(jié)果偏小，故選①②③．
（2）還可通過測(cè)定反應(yīng)前后裝置c的質(zhì)量達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，反�?yīng)前后裝置c的質(zhì)量差即為Cu₂O中氧元素的質(zhì)量，根據(jù)氧元素的質(zhì)量可以計(jì)算Cu₂O的質(zhì)量，進(jìn)一步可以計(jì)算產(chǎn)物中Cu₂O的含量．故填：c．
故答案為：
【猜想與假設(shè)】紅色固體Cu、Cu₂O的混合物．
【實(shí)驗(yàn)探究】（填寫表中空格）：部分
探究二：【方案一】（1）過濾，漏斗；（2）氫氧化鈉，無藍(lán)色沉淀生成．（3）1.44g；
【方案二】（1）鹽酸揮發(fā)出氯化氫氣體，與d中的物質(zhì)反應(yīng)，影響測(cè)定結(jié)果；
（2）干燥氫氣；偏大；（3）Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
（4）防止空氣中CO₂及H₂O對(duì)裝置d的測(cè)量造成誤差；偏大；
（5）②檢查裝置的氣密性；③氫氣不純，發(fā)生爆炸；點(diǎn)燃；
（6）1.44g
【交流與反思】
（1）①②③；（2）c

點(diǎn)評(píng) 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，是得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提，因此要學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，為學(xué)好化學(xué)知識(shí)奠定基礎(chǔ)．