Question

14．已知木炭還原氧化銅實驗中發(fā)生的主要反應：C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑，某化學興趣小組對該實驗紅色固體產物的成份（假設反應物已完全反應）作如下探究：
探究一：檢驗紅色固體產物的成份
【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】該實驗的紅色固體產物中含有什么物質？
【猜想與假設】假設1：紅色固體只含Cu；       假設2：紅色固體只含Cu₂O；
假設3：紅色固體Cu、Cu₂O的混合物（請補充完成假設3）．
【實驗探究】（填寫表中空格）

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結論
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1成立
	若固體部分（選填“全部”或“部分”）溶解，溶液由無色變藍色	假設2和假設3均成立

探究二：測定該實驗紅色固體產物中Cu₂O的含量
該化學興趣小組經交流討論后，設計了如下兩方案：
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后，操作A、洗滌、干燥，稱量得紅色固體質量為4.10g．
（1）操作A的名稱是過濾，在實驗室中完成操作A的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯和漏斗；
（2）檢驗反應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：無藍色沉淀生成，說明已洗滌干凈．
（3）通過計算，假設3成立，紅色固體產物中Cu₂O的含量為1.44g；
方案二：稱取5.00g的紅色固體，用如圖所示裝置進行實驗（固定裝置略去，堿石灰為氧化鈣和氫氧化鈉的混合物），通過測定反應前后裝置d的質量達到實驗目的．

（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中的物質反應，影響測定結果；
（2）裝置b的作用是干燥氫氣，若不加裝置b，實驗結果會偏大（“偏大”或“偏小”）；
（3）裝置c中涉及的反應化學方程式Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
（4）裝置e的作用是防止空氣中CO₂及H₂O對裝置d的測量造成誤差，若不加裝置e，實驗結果會偏大（“偏大”或“偏小”）；
（5）點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關閉K₂，打開K₁，通氫氣一段時間以趕盡裝置內原有的空氣，其目的是：a．防止空氣中的H₂O和CO₂進入裝置d干擾測定；b．防氫氣不純，發(fā)生爆炸，檢驗空氣是否趕盡的方法是：在K₁處用小試管收集氣體，進行點燃；④打開K₂，關閉K₁
（6）經測定反應前后裝置d的質量分別為100.00g、100.18g，計算產物中Cu₂O的含量（寫出計算過程，最后結果保留小數(shù)點后1位）
【交流與反思】
（1）在方案一實驗測定中，若測定結果偏大，則下列可能的原因有①②③．（填序號）
①反應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，有部分固體灑落到實驗臺上
（2）方案二中利用同樣的裝置，還可通過測定反應前后裝置c（填“a”、“b”或“c”）的質量達到實驗目的．

Answer 1

分析 探究一：【猜想與假設】因為Cu和Cu₂O均為不溶于水的紅色固體，則根據(jù)假設1、2，推測假設3；
【設計實驗】如果暗紅色固體中含有Cu₂O，加入稀硫酸時，Cu₂O和稀硫酸反應生成硫酸銅，硫酸銅溶液是藍色的；
探究二：
【方案一】（1）考慮操作A是過濾，掌握在實驗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生成藍色沉淀；
（3）根據(jù)Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，通過計算，如果假設3成立，可計算紅色固體產物中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，再關閉K₂，打開K₁，通氫氣一段時間，把裝置中的水蒸氣和二氧化碳排出，再打開K₂，關閉K₁，點燃酒精燈；
（6）根據(jù)化學方程式化和質量守恒定律，計算產物中Cu₂O的含量；
【交流與反思】
（1）根據(jù)在方案一的測定實驗，考慮測定結果偏大的可能的原因；
（2）通過測定反應前后c裝置的質量也可以達到實驗目的．

解答 解：探究一：
【猜想與假設】因為Cu和Cu₂O均為不溶于水的紅色固體，則根據(jù)假設1、2，推測假設3為紅色固體Cu、Cu₂O的混合物；
【設計實驗】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后，操作A、洗滌、干燥，稱量得紅色固體質量為4.10g．故：
（1）操作A的名稱是 過濾，在實驗室中完成操作A的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯和漏斗；
（2）檢驗反應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：無藍色沉淀生成，說明已洗滌干凈．
（3）設紅色固體產物中Cu₂O的質量為x．
根據(jù)Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O 質量差
    144              64     80
     x                      5.00g-4.20g=0.8g
則$\frac{144}{80}=\frac{x}{0.8g}$，解得x=1.44g
通過計算，假設3成立，紅色固體產物中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，影響測定結果．
（2）裝置b的作用是 干燥氫氣，若不加裝置b，實驗結果會偏大；
（3）裝置c中涉及的反應化學方程式Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
（4）若不加裝置e，實驗結果會偏高，原因是d中的堿石灰能夠吸收空氣中的水和二氧化碳，從而使測定的水的質量偏高，會導致計算的Cu₂O的質量偏高，從而導致實驗結果會偏大；
（5）點燃酒精燈前涉及的部分操作如下，①連接儀器；②檢查裝置的氣密性；③關閉K₂，打開K₁，通氫氣一段時間以趕盡裝置內原有的空氣，其目的是：a．防止空氣中的H₂O和CO₂進入裝置d干擾測定；b．防氫氣不純，發(fā)生爆炸，檢驗空氣是否趕盡的方法是：在K₁處用小試管收集氣體，進行點燃實驗；④打開K₂，關閉K₁；
（6）經測定反應前后裝置d的質量分別為100.00g、100.18g，則根據(jù)質量守恒定律，生成水的質量為100.18g-100.00g=0.18g，則設產物中Cu₂O的含量為x．
Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O
144          18
x          0.18g
則$\frac{144}{x}=\frac{18}{0.18g}$，解得x=1.44g
答：產物中Cu₂O的含量為1.44g．
【交流與反思】
（1）在方案一實驗測定中，若測定結果偏大，則下列可能的原因有：①反應后剩余紅色固體未洗滌干凈；②洗滌后未完全干燥；③干燥方法采用的是在空氣中加熱烘干，銅與氧氣反應，使固體質量增加．而④稱量剩余紅色固體時，有部分固體灑落到實驗臺上，結果偏小，故選①②③．
（2）還可通過測定反應前后裝置c的質量達到實驗目的，反應前后裝置c的質量差即為Cu₂O中氧元素的質量，根據(jù)氧元素的質量可以計算Cu₂O的質量，進一步可以計算產物中Cu₂O的含量．故填：c．
故答案為：
【猜想與假設】紅色固體Cu、Cu₂O的混合物．
【實驗探究】（填寫表中空格）：部分
探究二：【方案一】（1）過濾，漏斗；（2）氫氧化鈉，無藍色沉淀生成．（3）1.44g；
【方案二】（1）鹽酸揮發(fā)出氯化氫氣體，與d中的物質反應，影響測定結果；
（2）干燥氫氣；偏大；（3）Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
（4）防止空氣中CO₂及H₂O對裝置d的測量造成誤差；偏大；
（5）②檢查裝置的氣密性；③氫氣不純，發(fā)生爆炸；點燃；
（6）1.44g
【交流與反思】
（1）①②③；（2）c

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．