Question

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(操作規范)．裝置A中發生反應的化學方程式為________，洗氣瓶B中濃硫酸的作用為

[實驗探究]當玻璃管中固體由黑色轉變為紅色時，實驗測得：①裝置C的玻璃管和其中固體的總質量在反應后減少了1.6 g；②裝置D的干燥管和其中物質的總質量在反應后增加了1.82 g，用此數據算得水中H、O元素的質量比為________，而由水的化學式算得H、O元素的質量比為________．

[分析交流]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________(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．

[意外發現]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，發現除了有紅色固體b以外，溶液的顏色由無色變為藍色．

[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也能被還原在Cu；

②Cu₂O固體是紅色的，它一稀硫酸的反應為：

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________(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：________．

[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量的方法去確定哪種猜想成立，他已稱得：①玻璃管的質量；②反應前紅色固體a和玻璃管的總質量，完全反應后，你認為他還需要稱量________的質量．

[教師點撥]稱取一定質量的紅色固體a與足量的稀硫酸充分反應后，經過濾、洗滌、干燥后再稱量紅色固體b的質量，也可以確定哪種猜想成立．

[定量分析]小組同學再次實驗，他們開始稱取質量為3.6 g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2 g．假如3.6 g紅色固體a都是Cu₂O，請你計算出生成銅的質量(利用Cu₂O＋H₂SO₄＝CuSO₄＋Cu＋H₂O．進行計算，寫出計算過程)；然后，通過與實際得到的固體2 g進行比較，判斷猜想________成立(填①或②)．

Answer 1

答案：［設計方案］Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑；干燥
［實驗探究］11:80 ；1:8
［分析交流］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
［拓展探究］反應后玻璃管的質量和紅色固體的總質量

［定量分析］①

該題中水是實驗的關鍵，故需要對水的質量從各個方面防止其它不是本實驗產生水的干擾。為了防止制取H2的過程帶出水分，故要對H2進行干燥處理，H2是中性氣體，故可選擇濃硫酸干燥；防止空氣中的水蒸氣對實驗造成干擾，故需要在D裝置后再連接一個和D一樣的裝置；
由于裝置C中發生H2+CuO Cu+H2O，D中的水其實是C中反應產生的水，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，其實質是CuO中氧元素的質量為1.6g；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，其實質是產生水的總質量為1.82g,故氫元素質量為1.82-1.6=0.22g,所以水中H、O元素的質量比=0.22：1.6=11：80 ；
紅色固體a中含有Cu2O是不會影響水組成，原因是它的存在不產生水；本實驗中測定C、D裝置質量變化是關鍵，而C、D裝置質量變化都是由于水的質量變化引起的。
解：設生成銅的質量為x，則
Cu2O+H2SO4＝CuSO4+Cu+H2O
144                 64
3.6                  x
    x=" 1." 6g
答：生成銅的質量為1.6g
由于 1.6g<2g ，故紅色固體中一定含有Cu2O，猜想1成立