Question

18、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】从物质组成元素的角度，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

用带火星的木条试验，看木条是否复燃

．
（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

SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O

．
（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

实验时剩余气体B通过加热的试管易发生爆炸事故

．
丙同学认为：为确保安全，实验前应先收集一试管气体，用拇指

堵住试管囗，靠近火焰点火，

，若不发出

尖锐的爆鸣声

，方可采用上面的装置进行实验．
【实验探究】经丙同学确认安全后，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；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

H₂

．
【思维拓展】
（1）由上述实验可以推出，硫酸铜溶液中可能含有

H₂SO₄

物质．
（2）不通过称量，如何判断SO₂与NaOH溶液发生了反应呢？有一同学设计了右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

SO₂溶于水中也会导致试管内气压减小，液面上升

．要得到科学严谨的结论，仍利用该装置，补做的实验是

把烧杯中的氢氧化钠换成硫酸钠溶液，做一个对比试验

．
CuSO₄溶液对过氧化氢的分解具有催化作用．有同学想猜想其他盐溶液也能在这个反应中起到同样的作用，于是他们做了以下的探究：
（1）清你帮助他们完成实验报告：

实验过程	实验现象	实验结论
在一支试管中加入5ml5%的H2O2溶液，然后滴入适量的FeCl3溶液，把带火星的木条伸入试管．	试管中有大量的气泡产生，伸入的带火星的木条复燃	FeCl3溶液可以催化分解H2O2

（2）已知FeCl₃在水中可分离出Fe³⁺和Cl^-，同学们提出以下猜想：
①甲同学的猜想：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的H₂O；
②乙同学的猜想：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Fe³⁺；
③丙同学的猜想：真正催华分解 H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Cl^-；
你认为最不可能的是

甲

同学的猜想，理由是

因过氧化氢溶液中自身有水，可见水不是催化剂

．
（3）同学们对余下的两个猜想，用实验进行了探究．请你仔细分析后填表：

实验过程	实验现象	实验结论
向盛有5ml5%的H2O2溶液的试管中加入少量的HCl，并把带火星的木条伸入试管	无明显现象	起催化作用的不是Cl-
向盛有5ml5%的H2O2溶液的试管中加入少量的 Fe（NO3）3溶液 ，并把带火星的木条伸入试管	试管中有大量气泡产生，带火星的木条复燃	起催化作用的是Fe3+

用18mol/L的硫酸配置100ml 1.0mol/L的稀硫酸，若实验仪器有：
A.100ml量筒     B．托盘天平     C．玻璃棒       D.50ml容量瓶
E.10ml量筒      F．胶头滴管      G.50ml烧杯    H.100ml容量瓶
（1）实验时应选用仪器的先后顺序是（填入编号）

F、E、G、C、H

．
（2）在容量瓶的使用方法中，下列操作不正确的是（填写编号）

B、C、D

．
A．使用容量瓶前检查它是否漏水
B．容量瓶用蒸馏水洗净后，再用待配溶液润洗
C．配置溶液时，如果试样是固体，把称好的试样用纸条小心倒入容量瓶中，缓慢加入蒸馏水到接近标线1cm-2cm处，用滴管滴加蒸馏水到标线．
D．配置溶液时，如果试样是液体，用量筒量取后直接倒入容量瓶中，缓慢加入蒸馏水到接近标线1cm-2cm处，用滴管加入蒸馏水到标线．
E．盖好瓶塞，用食指顶住瓶塞，用另一只手的手指托住瓶底，把容量瓶倒转和摇动多次．

Answer 1

分析：方案设计：（1）根据氧气的助燃性来检验；（2）根据方程式的书写方法来考虑；（3）根据氧气和氢气的性质和氢气的验纯方法考虑．结论：通过前面的实验进行排除即可；
思维拓展：（1）要想产生氢气要考虑金属与酸反应；（2）根据二氧化硫的性质考虑；只要是不与二氧化硫反应的溶液就行，主要是对比实验．
（1）根据催化剂的作用，若FeCl₃溶液能催化H₂O₂分解，加入FeCl₃溶液，应可观察到试管中产生大量气泡，伸入试管中的带火星木条复燃；
（2）催化剂在反应前后质量和化学质量都不变，根据催化剂的这一特点，判断过氧化氢溶液中水、FeCl₃溶液中的
Fe³⁺、Cl^-是否可以催化过氧化氢的分解；
（3）为检验两种离子中哪一种离子对过氧化氢分解起到了催化作用，可采取控制变量的方法进行实验探究，即加入其它含Fe³⁺或Cl^-的溶液进行对比；
（1）根据浓硫酸稀释的步骤推出需要的仪器；
（2）根据会造成误差的原因进行分析．

解答：解：方案设计：（1）由于氧气具有助燃性能使带火星的木条复燃，所以用带火星的木条检验，看是否复燃；
（2）SO₂与NaOH反应的反应物是SO₂和NaOH，生成物是亚硫酸钠和水，再通过观察法进行配平即可；
（3）氢气具有可燃性，如若不纯，点燃或加热时易产生爆炸事故，所以使用前要注意验纯，一般采用小试管收集点燃的方法，不纯时能发出尖锐的爆鸣声；
结论：通过氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的质量没有改变说明不是二氧化硫，表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，说明氧化铜被还原为铜，故产生说明该气体为氢气；
【思维拓展】（1）要想产生氢气必须是金属与酸反应，所以硫酸铜溶液中可能含有硫酸；
（2）由于SO₂溶于水中能与水反应生成亚硫酸，也会导致试管内气压减小，使液面上升，因此要做一个对比试验即可，把烧杯中的氢氧化钠换成硫酸钠溶液，做一个对比试验；
（1）根据实验结论可得知FeCl₃溶液能催化H₂O₂分解，因此，向5%的过氧化氢溶液加入FeCl₃溶液时，可以观察到：试管中有大量的气泡产生，伸入的带火星的木条复燃；
故答案为：试管中有大量的气泡产生，带火星的木条复燃；
（2）5%的过氧化氢溶液中含有大量的水，但分解速率依然很小，说明溶液中的水并不能催化过氧化氢的分解，而且过氧化氢分解生成水和氧气，使之在变化前后溶液中水的质量发生了改变；从以上两个方面都可以说明水不能作用过氧化氢分解的催化剂，故猜想甲明显不对；
故答案为：甲；因过氧化氢溶液中自身有水，可见水不是催化剂；
（3）为检验Cl^-向过氧化氢溶液中加入了含有Cl^-的稀盐酸，观察到无明显改变，说明溶液中的Cl^-不能对过氧化氢分解起到催化作用；因此，可推测溶液中的Fe³⁺催化了过氧化氢的分解，因此另一个探究实验应加入含有Fe³⁺的溶液进行，并应观察到产生大量气体和带火星木条的复燃；故可加入含Fe³⁺的硫酸铁溶液或硝酸铁溶液；

实验步骤	实验现象	结论
		起催化作用的不是Cl-
Fe（NO3）3溶液	试管中有大量气泡产生，带火星的木条复燃	起催化作用的是Fe3+

（1）配置一定物质的量浓度的溶液，一般要经过计算、量取（使用量筒量取、胶头滴管）、稀释（在烧杯中稀释、玻璃棒搅拌均匀）、装瓶（容量瓶）存放；用18mol/L硫酸配制1.0mol/L硫酸，实际是稀释问题的计算及物质的量浓度溶液配制实验操作，根据稀释定律C₁V₁=C₂V₂可计算18mol/L硫酸的体积=5.6mL，该体积的液体用10mL量筒量取比用100mL量筒量取误差要小，故应选E，而不选A；所以配制溶液需要用到的仪器有：胶头滴管、10mL量筒、烧杯、玻璃棒、100mL容量瓶；
（2）主要涉及的是容量瓶的使用方法．用待配溶液润洗容量瓶，这样会使内壁附着溶质，导致所配溶液浓度偏大，B不正确；若在容量瓶中进行溶解或稀释，由于热效应会使溶液的体积和容量瓶的容量发生改变，所配溶液浓度有误差，C、D不正确．
故答案为：
【方案设计】（1）将带火星的木条放入瓶中，木条不复燃；
（2）SO₂+2NaOH═Na₂SO₃+H₂O；
（3）混合气体在B中易被点燃，发生爆炸；尖锐的爆鸣声；结论：H₂；
【思维拓展】（1）H₂SO₄或HCl；
（2）SO₂溶于水中也会导致试管内气压减小，液面上升；把烧杯中的氢氧化钠换成硫酸钠溶液，做一个对比试验；
（1）试管中有大量的气泡产生，伸入的带火星的木条复燃；
（2）甲，因过氧化氢溶液中自身有水，可见水不是催化剂；
（3）

实验步骤	实验现象	结论
		起催化作用的不是Cl-
Fe（NO3）3溶液	试管中有大量气泡产生，带火星的木条复燃	起催化作用的是Fe3+

（1）F、E、G、C、H；
（2）B、C、D．

点评：判断两种物质反应后生成物是什么气体时，要根据质量守恒定律来做出推断，再进行逐一排除，催化剂可以改变反应的速率但不会改变反应的结果，催化剂在反应前后其质量和化学性质都不变；一定物质的量浓度溶液的配置、有关溶液稀释的简单计算．配制一定物质的量浓度溶液，是中考对这部分知识考查的又一热点，操作步骤、实验仪器、配制方案的设计、实验过程中的误差分析，都将是考查的重点．