Question

9．铜及其化合物一般都具有特征的颜色，例如Cu、Cu₂O 呈红色，CuO呈黑色，CuSO₄•5H₂O 呈蓝色等．研究性学习小组甲为检测实验室用H2 还原CuO 所得红色固体中是否含有Cu₂O 进行了认真的探究．
Ⅰ．查阅资料：
①Cu₂O 属于碱性氧化物； ②高温灼烧 CuO 生成 Cu₂O；
③Cu₂O 在酸性条件下能发生下列反应：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O．
Ⅱ．设计实验方案：
方案1：取该红色试样溶于足量的稀硝酸中，观察溶液颜色变化
方案2：取该红色试样溶于足量的稀硫酸中，观察溶液是否呈蓝色
方案3：称得干燥坩埚的质量为a g，取红色试样置于坩埚中称得总质量为b g，在空气中高温灼烧至质量恒定，称得最后总质量为c g．
（1）请你评价方案1 和方案2．如果你认为方案合理，请简述其化学原理；如果你认为该方案不合理，请简述原因．
方案1：不合理，因为铜和氧化亚铜均可溶于稀硝酸形成蓝色溶液．
方案2：合理，因为氧化亚铜与稀硫酸生成Cu和Cu²⁺，导致溶液呈蓝色．
（2）方案3 中，若确认红色粉末中含有Cu₂O，则a、b、c 应符合的数学的关系为c＜$\frac{9b-a}{8}$，该实验方案最少得进行4次称量．
Ⅲ．研究性学习小组乙，设计了新的探究方案，拟通过干燥管中CuSO₄ 是否变蓝判断红色固体中是否含有Cu₂O，装置如图所示．
（3）相关的离子方程式为：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑．
（4）简述该探究方案中，检验气体发生装置气密性的方法（简要说明操作、现象和结论）关闭活塞，从长颈漏斗向试管中注入一定量的水，使漏斗内液面高于试管内液面，静置后若漏斗内液面不下降，则装置的气密性良好；液面下降，则装置漏气．
（5）为确保探究的科学、合理、安全，你认为实验中还应采取的措施有：ABC （填序号）
A．在氢气发生器与硬质玻璃管之间加一个干燥装置
B．加热前先排尽装置中的空气
C．在盛有硫酸铜的干燥管后再连接一个装有碱石灰的干燥管．

Answer 1

分析 Ⅱ．（1）铜和氧化亚铜都能和硝酸生成Cu²⁺；氧化亚铜与稀硫酸反应生成Cu和Cu²⁺，金属铜和稀硫酸不反应；
（2）根据铜元素守恒计算得出正确结论；
Ⅲ．（3）Zn和稀硫酸反应生成氢气；
（4）根据大气压强原理来检验装置的气密性；
（5）根据水的存在会对实验结果造成影响来回答判断．

解答 解：Ⅱ．（1）铜和氧化亚铜都能和硝酸反应生成Cu²⁺，故方案1不合理；氧化亚铜与稀硫酸反应生成Cu和Cu²⁺，金属铜和稀硫酸不反应，故方案2合理，
故答案为：不合理，因为铜和氧化亚铜均可溶于稀硝酸形成蓝色溶液；合理，因为氧化亚铜与稀硫酸生成Cu和Cu²⁺，导致溶液呈蓝色；
（2）根据铜元素守恒，
则2Cu～Cu₂O 
 128 144
  b-a c-a，$\frac{128}{144}=\frac{b-a}{c-a}$，解得c=$\frac{9b-a}{8}$，故若红色粉末中含有Cu₂O，则a、b与c的应符合的数学关系式为c＜$\frac{9b-a}{8}$，
在空气中高温灼烧至质量恒定，这一步骤至少需称量2次，加上前面的2次称量，故该实验方案最少得进行4次称量，
故答案为：c＜$\frac{9b-a}{8}$，4；
Ⅲ．（3）Zn和稀硫酸反应生成氢气，离子方程式为Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑；
故答案为：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑；
（4）检验装置气密性的方法：关闭活塞，从长颈漏斗向试管中注入一定量的水，使漏斗内液面高于试管内液面，静置后若漏斗内液面不下降，则装置的气密性良好；液面下降，则装置漏气，
故答案为：关闭活塞，从长颈漏斗向试管中注入一定量的水，使漏斗内液面高于试管内液面，静置后若漏斗内液面不下降，则装置的气密性良好；液面下降，则装置漏气；
（5）根据硫酸铜是否变蓝判断是否含有氧化亚铜时，要注意水的干扰因素，所以制取的氢气要干燥，可以在氢气发生器与硬质玻璃管之间加一个干燥装置，并且要将空气中的水的干扰排除，可以在盛有硫酸铜的干燥管后再连接一个装有碱石灰的干燥管，实验前要将装置中的空气排净，防止干扰，
故答案为：ABC．

点评 本题是一道探究物质组成和实验方案设计的综合性试题，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度较大．