Question

请你参与下列探究：
[问题情景]某化学实验小组同学将铁粉投入硫酸铜溶液中，发现生成红色固体物质的同时有较多的气泡放出．这一现象激发起同学们的探究欲望，生成的是什么气体？
[提出猜想]从元素守恒的角度，放出的气体可能是SO₂、O₂、H₂．
[查阅资料]SO₂易溶于水，它能与NaOH反应，生成Na₂SO₃．
[方案设计]依据上述猜想，实验小组同学分别设计了如下方案：
（1）甲同学认为是O₂，则检验方法是

 

．
（2）乙同学认为是SO₂，则只需将放出的气体通入盛有NaOH溶液的洗气瓶中，称量通气前后洗气瓶的质量．写出SO₂与NaOH反应的化学方程式

 

．
（3）实验小组同学合作设计了如下组合实验方案，排除和验证猜想的气体．

如果放出的是O₂和H₂，你认为方案中的安全隐患是

 

．
老师说：化学反应中，一种元素的化合价升高，肯定有元素的化合价降低，这是科学规律．丙同学根据老师这句话，说：“肯定不是

 

”．
[实验探究]小组同学首先对装置A进行称量，再将收集到的气体从a通入，过一会儿点燃B处酒精灯；一段时间后，发现表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，B装置的尾部有水珠生成；停止通气，再次称量装置A，发现质量无增减．
结论：铁粉与硫酸铜溶液反应时，产生的气体是

 

．写出B装置中发生化学反应的方程式

 

．
[思维拓展]（1）由上述实验可以推出，硫酸铜溶液中可能含有

 

物质．
（2）不通过称量，如何判断SO₂与NaOH溶液发生了反应呢？丁同学设计了如图所示的装置进行实验，发现试管内液面上升，就得出SO₂与NaOH溶液发生反应的结论．其他同学认为这一方案不严谨，理由是

 

．要得到科学严谨的结论，仍利用该装置，补做的实验是

 

．

Answer 1

分析：[方案设计]（1）验证是否为氧气，检验氧气的方法；
（2）根据氢氧化钠的性质，判断氢氧化钠与二氧化硫反应的反应物和生产物，正确书写化学方程式；
（3）可燃性气体不纯会爆炸．
[实验探究]因为“发现表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色；停止通气，再次称量装置A，发现质量不变”，所以产生的气体为氢气；书写氢气还原氧化铜的化学方程式．
[思维拓展]（1）因为加入金属铁有氢气生成，所以溶液中含有游离的氢离子存在，含氢离子的溶液呈酸性；
（2）二氧化硫不但与氢氧化钠溶液反应，还和水反应，利用对比实验进行检验．

解答：解：
[方案设计]（1）氧气的检验方法是：用带火星的木条，能够复燃说明是氧气；
（2）SO₂与NaOH反应生成亚硫酸钠和水，反应的化学方程式为SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（3）如果放出的是O₂和H₂，可燃性气体氢气不纯点燃时会爆炸，实验时在B处易发生爆炸事故；
根据化学反应中，一种元素的化合价升高，肯定有元素的化合价降低，若生成气体含氧气，O元素化合价升高，则必定还含有H或S元素化合价降低所产生的氢气或二氧化硫气体，因此，所得气体肯定不能是氧气；
[实验探究]含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色说明有还原性气体即氢气，氢气还原氧化铜的化学方程式CuO+H₂

△   .

Cu+H₂O；
[思维拓展]]（1）因为有氢气生成，铁应该与酸反应产生氢气，所以要有游离的氢离子存在，则知硫酸铜溶液显酸性；
（2）为了更严谨，应将氢氧化钠溶液换成水，对比二氧化硫与水反应时液面上升的情况．
故答案为：
[方案设计]（1）用带火星的木条试验，木条复燃则是氧气；
（2）SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（3）实验时在B处易发生爆炸事故；氧气；
[实验探究]H₂；H₂+CuO

△   .

Cu+H₂O；
[思维拓展]（1）酸性；（2）SO₂易溶于水，也能使液面上升；将NaOH溶液换成水做对比实验．

点评：本题主要考查化学实验的方案设计与评价，了解猜想和事实验证的方法及防范爆炸的措施，掌握氧气的检验方法．