Question

12．定性和定量結(jié)合既是化學(xué)的重要思想，也是研究物質(zhì)組成的重要方法．某研究性學(xué)習(xí)小組為檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室用H₂還原CuO所得紅色固體Cu中是否含有Cu₂O（紅色），進(jìn)行了認(rèn)真的研究．請(qǐng)你一起踏上探究之路，回答下列問題．
【查閱資料】
①無水CuSO₄遇水變藍(lán)             
②高溫灼燒CuO生成Cu₂O和O₂
③Cu₂O與稀H₂SO₄反應(yīng)：Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案】
方案1：取該紅色固體加入適量稀H₂SO₄，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為溶液變?yōu)樗{(lán)色，結(jié)論為紅色固體中含有Cu₂O．
方案2：裝置如圖所示，擬通過干燥管中CuSO₄變藍(lán)來判斷紅色固體是否含有Cu₂O．
（1）為確保探究的科學(xué)、合理、安全．實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)采取的措施有①②③；（填序號(hào)）
①加熱前先排盡裝置中的空氣
②在氫氣發(fā)生器與硬質(zhì)玻璃管之間加一個(gè)干燥裝置
③在盛有CuSO₄的干燥管后再連接一個(gè)裝有濃H₂SO₄的洗氣瓶
（2）由方案2實(shí)驗(yàn)后得出結(jié)論：紅色固體中含有Cu₂O．寫出紅色固體Cu₂O與H₂反應(yīng)的化學(xué)方程式H₂+Cu₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O．
方案3：稱得干燥坩堝（常用于固體加熱的容器）的質(zhì)量為ag，取紅色固體置于坩堝中稱得總質(zhì)量為bg，在空氣中高溫灼燒至質(zhì)量恒定，稱得最后坩堝與固體總質(zhì)量為cg．
（1）該實(shí)驗(yàn)方案最少得進(jìn)行4次稱量；
（2）若確認(rèn)紅色固體中含有Cu₂O，則c與a，b應(yīng)符合的數(shù)學(xué)關(guān)系式為c＜$\frac{9b-a}{8}$．

Answer 1

分析 方案1 根據(jù)氧化亞銅和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅，硫酸銅溶液呈藍(lán)色進(jìn)行解答；
方案2
（1）根據(jù)水的存在會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響來回答判斷；
（2）根據(jù)氫氣和氧化亞銅在加熱條件下生成銅和水進(jìn)行解答；
方案3
（1）根據(jù)在空氣中高溫灼燒至質(zhì)量恒定，這一步驟至少需稱量2次，加上前面的2次稱量，故該實(shí)驗(yàn)方案最少得進(jìn)行4次稱量進(jìn)行解答．
（2）根據(jù)銅元素守恒計(jì)算得出正確結(jié)論．

解答 解：方案1 氧化亞銅和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅，硫酸銅溶液呈藍(lán)色，所以取該紅色固體加入適量稀H₂SO₄，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為溶液變?yōu)樗{(lán)色，結(jié)論為紅色固體中含有Cu₂O；
方案2
（1）根據(jù)硫酸銅是否變藍(lán)判斷是否含有氧化亞銅時(shí)，要注意水的干擾因素，所以制取的氫氣要干燥，可以在氫氣發(fā)生器與硬質(zhì)玻璃管之間加一個(gè)干燥裝置，并且要將空氣中的水的干擾排除，可以在盛有硫酸銅的干燥管后再連接一個(gè)裝有堿石灰的干燥管，實(shí)驗(yàn)前要將裝置中的空氣排凈，防止干擾；
故答案為：①②③；
（2）氫氣和氧化亞銅在加熱條件下生成銅和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為H₂+Cu₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
方案3
（1）根據(jù)在空氣中高溫灼燒至質(zhì)量恒定，這一步驟至少需稱量2次，加上前面的2次稱量，故該實(shí)驗(yàn)方案最少得進(jìn)行4次稱量進(jìn)行解答．
（2）單質(zhì)Cu在空氣中加熱生成CuO，CuO高溫灼燒會(huì)生成Cu₂O和O₂，因此最后坩堝中剩下的固體是Cu₂O，質(zhì)量為（c-a）g，則Cu元素的質(zhì)量=（c-a）g×$\frac{128}{144}$，所取紅色固體的質(zhì)量為（b-a）g，若紅色固體中有Cu₂O，即Cu和Cu₂O的混合物，那么紅色固體中Cu元素的質(zhì)量應(yīng)該小于（b-a）g，即（c-a）g×$\frac{128}{144}$＜b-a，
解得c＜$\frac{9b-a}{8}$，故若紅色粉末中含有Cu₂O，則a、b與c的應(yīng)符合的數(shù)學(xué)關(guān)系式為c＜$\frac{9b-a}{8}$．
故答案為：方案1：溶液變?yōu)樗{(lán)色；
方案2：（1）①②③；
（2）H₂+Cu₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
方案3：（1）4；
（2）c＜$\frac{9b-a}{8}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)考題，注意知識(shí)的遷移和應(yīng)用是解題的關(guān)鍵，難度不大．