Question

14．已知木炭还原氧化铜实验中发生的主要反应：C+2CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑，某化学兴趣小组对该实验红色固体产物的成份（假设反应物已完全反应）作如下探究：
探究一：检验红色固体产物的成份
【查阅资料】Ⅰ．木炭还原氧化铜除生成铜外还可能生成氧化亚铜（Cu₂O）；
Ⅱ．Cu和Cu₂O均为不溶于水的红色固体；Ⅲ．Cu₂O+H₂SO₄═CuSO₄+Cu+H₂O
【提出问题】该实验的红色固体产物中含有什么物质？
【猜想与假设】假设1：红色固体只含Cu；       假设2：红色固体只含Cu₂O；
假设3：红色固体Cu、Cu₂O的混合物（请补充完成假设3）．
【实验探究】（填写表中空格）

实验操作	实验现象	实验结论
取少量红色固体加入到足量稀硫酸溶液中	若无明显现象	假设1成立
	若固体部分（选填“全部”或“部分”）溶解，溶液由无色变蓝色	假设2和假设3均成立

探究二：测定该实验红色固体产物中Cu₂O的含量
该化学兴趣小组经交流讨论后，设计了如下两方案：
方案一：称取5.00g红色固体加入到足量稀硫酸溶液中使其充分反应后，操作A、洗涤、干燥，称量得红色固体质量为4.10g．
（1）操作A的名称是过滤，在实验室中完成操作A的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯和漏斗；
（2）检验反应后剩余红色固体是否洗涤干净的方法是：取少量最后一次洗涤液，加入氢氧化钠溶液，如果观察到现象：无蓝色沉淀生成，说明已洗涤干净．
（3）通过计算，假设3成立，红色固体产物中Cu₂O的含量为1.44g；
方案二：称取5.00g的红色固体，用如图所示装置进行实验（固定装置略去，碱石灰为氧化钙和氢氧化钠的混合物），通过测定反应前后装置d的质量达到实验目的．

（1）装置a中用稀硫酸而不用稀盐酸，原因是盐酸挥发出氯化氢气体，与d中的物质反应，影响测定结果；
（2）装置b的作用是干燥氢气，若不加装置b，实验结果会偏大（“偏大”或“偏小”）；
（3）装置c中涉及的反应化学方程式Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
（4）装置e的作用是防止空气中CO₂及H₂O对装置d的测量造成误差，若不加装置e，实验结果会偏大（“偏大”或“偏小”）；
（5）点燃酒精灯前涉及的部分操作如下，
①连接仪器；②检查装置的气密性；
③关闭K₂，打开K₁，通氢气一段时间以赶尽装置内原有的空气，其目的是：a．防止空气中的H₂O和CO₂进入装置d干扰测定；b．防氢气不纯，发生爆炸，检验空气是否赶尽的方法是：在K₁处用小试管收集气体，进行点燃；④打开K₂，关闭K₁
（6）经测定反应前后装置d的质量分别为100.00g、100.18g，计算产物中Cu₂O的含量（写出计算过程，最后结果保留小数点后1位）
【交流与反思】
（1）在方案一实验测定中，若测定结果偏大，则下列可能的原因有①②③．（填序号）
①反应后剩余红色固体未洗涤干净     ②洗涤后未完全干燥
③干燥方法采用的是在空气中加热烘干 ④称量剩余红色固体时，有部分固体洒落到实验台上
（2）方案二中利用同样的装置，还可通过测定反应前后装置c（填“a”、“b”或“c”）的质量达到实验目的．

Answer 1

分析 探究一：【猜想与假设】因为Cu和Cu₂O均为不溶于水的红色固体，则根据假设1、2，推测假设3；
【设计实验】如果暗红色固体中含有Cu₂O，加入稀硫酸时，Cu₂O和稀硫酸反应生成硫酸铜，硫酸铜溶液是蓝色的；
探究二：
【方案一】（1）考虑操作A是过滤，掌握在实验室中完成过滤的玻璃仪器；
（2）考虑氢氧化钠与硫酸铜溶液反应生成蓝色沉淀；
（3）根据Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，通过计算，如果假设3成立，可计算红色固体产物中Cu₂O的含量；
【方案二】
（1）盐酸易挥发，容易挥发出氯化氢气体；
（2）考虑浓硫酸的吸水干燥作用；
（3）装置c中涉及的反应为：氢气与Cu₂O生成铜与水；
（4）空气中含有水蒸气和二氧化碳，能够被碱石灰吸收；
（5）正确的顺序是：先连接仪器，检查装置的气密性，再关闭K₂，打开K₁，通氢气一段时间，把装置中的水蒸气和二氧化碳排出，再打开K₂，关闭K₁，点燃酒精灯；
（6）根据化学方程式化和质量守恒定律，计算产物中Cu₂O的含量；
【交流与反思】
（1）根据在方案一的测定实验，考虑测定结果偏大的可能的原因；
（2）通过测定反应前后c装置的质量也可以达到实验目的．

解答 解：探究一：
【猜想与假设】因为Cu和Cu₂O均为不溶于水的红色固体，则根据假设1、2，推测假设3为红色固体Cu、Cu₂O的混合物；
【设计实验】取少量暗红色固体，加入稀硫酸，如果观察到固体部分溶解，溶液变成蓝色，即Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，说明暗红色固体含有Cu₂O．
探究二：
【方案一】称取5.00g红色固体加入到足量稀硫酸溶液中使其充分反应后，操作A、洗涤、干燥，称量得红色固体质量为4.10g．故：
（1）操作A的名称是 过滤，在实验室中完成操作A的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯和漏斗；
（2）检验反应后剩余红色固体是否洗涤干净的方法是：取少量最后一次洗涤液，加入氢氧化钠溶液，如果观察到现象：无蓝色沉淀生成，说明已洗涤干净．
（3）设红色固体产物中Cu₂O的质量为x．
根据Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O 质量差
    144              64     80
     x                      5.00g-4.20g=0.8g
则$\frac{144}{80}=\frac{x}{0.8g}$，解得x=1.44g
通过计算，假设3成立，红色固体产物中Cu₂O的含量为1.44g
【方案二】
（1）装置a中用稀硫酸而不用稀盐酸，原因是盐酸易挥发，挥发出的氯化氢能被碱石灰吸收，影响测定结果．
（2）装置b的作用是 干燥氢气，若不加装置b，实验结果会偏大；
（3）装置c中涉及的反应化学方程式Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
（4）若不加装置e，实验结果会偏高，原因是d中的碱石灰能够吸收空气中的水和二氧化碳，从而使测定的水的质量偏高，会导致计算的Cu₂O的质量偏高，从而导致实验结果会偏大；
（5）点燃酒精灯前涉及的部分操作如下，①连接仪器；②检查装置的气密性；③关闭K₂，打开K₁，通氢气一段时间以赶尽装置内原有的空气，其目的是：a．防止空气中的H₂O和CO₂进入装置d干扰测定；b．防氢气不纯，发生爆炸，检验空气是否赶尽的方法是：在K₁处用小试管收集气体，进行点燃实验；④打开K₂，关闭K₁；
（6）经测定反应前后装置d的质量分别为100.00g、100.18g，则根据质量守恒定律，生成水的质量为100.18g-100.00g=0.18g，则设产物中Cu₂O的含量为x．
Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O
144          18
x          0.18g
则$\frac{144}{x}=\frac{18}{0.18g}$，解得x=1.44g
答：产物中Cu₂O的含量为1.44g．
【交流与反思】
（1）在方案一实验测定中，若测定结果偏大，则下列可能的原因有：①反应后剩余红色固体未洗涤干净；②洗涤后未完全干燥；③干燥方法采用的是在空气中加热烘干，铜与氧气反应，使固体质量增加．而④称量剩余红色固体时，有部分固体洒落到实验台上，结果偏小，故选①②③．
（2）还可通过测定反应前后装置c的质量达到实验目的，反应前后装置c的质量差即为Cu₂O中氧元素的质量，根据氧元素的质量可以计算Cu₂O的质量，进一步可以计算产物中Cu₂O的含量．故填：c．
故答案为：
【猜想与假设】红色固体Cu、Cu₂O的混合物．
【实验探究】（填写表中空格）：部分
探究二：【方案一】（1）过滤，漏斗；（2）氢氧化钠，无蓝色沉淀生成．（3）1.44g；
【方案二】（1）盐酸挥发出氯化氢气体，与d中的物质反应，影响测定结果；
（2）干燥氢气；偏大；（3）Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
（4）防止空气中CO₂及H₂O对装置d的测量造成误差；偏大；
（5）②检查装置的气密性；③氢气不纯，发生爆炸；点燃；
（6）1.44g
【交流与反思】
（1）①②③；（2）c

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．