Question

甲同学设计以下实验制取氧气和氧化铜。

（1）制取氧气

①用20％的H₂O₂溶液，通过反应2H₂O₂MnO22H₂O＋O₂↑来制取氧气，则在下列A、B、C三装置中最佳装置是______

 

   ②与气体发生装置相连接的D装置的导管口是______

   ③为了能使产生的氧气被充分干燥，可采取的操作是

_________________________________________________________________________________

（2）制取氧化铜

将m g铜粉在氧气流中加热到高温，使铜粉全部氧化，得n g粉末X。乙同学查阅资料知：铜与氧气的反应有：①2Cu＋O₂△\s\up2 (——2CuO，②4CuO＞1000℃2Cu₂O＋O₂↑；在酸性条件下：2Cu^＋(aq)——Cu(s)＋

Cu^2＋(aq)。由此得出结论：铜虽然全部氧化，但由于加热温度偏高，产物并不一定是纯CuO，可能含有一定量的氧化亚铜（Cu₂O）。

（3）探究铜的氧化物的成分

为测定粉末X中是否含有Cu₂O，甲、乙、丙三同学分别设计如下实验方案。

甲同学的实验方案是：向粉末X加入稀硫酸，若有                    ，则说明固体中含有Cu₂O。

乙同学的实验方案是：再将粉末X放入氧气中加热，如果其质量增加，则说明其中含有Cu₂O。

丙同学的实验方案是：通过分析实验数据就可以确定粉末X的成分。

若n的取值范围是     ≤n＜_____，则粉末X中含有Cu₂O，其物质的量是___________。

请你再设计一个与上述三个实验方案中现象不同的实验方案，通过对化学反应和对实验现象的分析来确定粉末X中是否含有Cu₂O。写出该实验中离子反应的方程式。

Answer 1

（1）①B （2分） ②b（1分）  ③控制分液漏斗活塞，让液体慢慢滴入烧瓶中，使产生的气体缓缓通过D装置（2分）。

（3）红色不溶于水的固体生成（1分）；  ≤n＜（1分）；mol（1分）

向粉末x中加入足量浓HNO₃，若有红棕色气体产生，则说明固体中含有Cu₂O（2分）；反应的离子方程式为：CuO+2H^＋=Cu^2＋+H₂O，Cu₂O+6H^＋+2-3=2Cu^2＋+2NO₂↑+3H₂O（2分）

关于元素化合物的试题，还要注意从框图中发现问题，从物质间的关系上发现问题，有变价、既能与酸反应又能与碱反应的物质在试题中往往成为热点，要注意它们的特点。如我市在一模及其反馈考试、二模中考过的试题外（请再复习），还要注意氧化还原反应在元素推断中的体现。

解析:

（1）①根据反应原理中反应物的状态（固体+液体）和反应条件（不需要加热）可以排除A（A装置适合于固体物质加热），而C中固体与液体直接混合，难以控制反应中气体产生的速率和量，因而最佳装置为B。从实验要求上讲，凡是有毒的气体、反应速率较高的气体的制备，一般都要求反应可控，方法是控制液体加入量。再，水浴加热也是控制反应的一种方法。要注意的是，固体与液体的反应，一般要求是先加固体再加液体，否则反应将失去控制，如氢氧化钠固体与氨水的反应。

②反应产生的O₂中可能混有水蒸气杂质，除去水蒸气时应从D装置的b口进，即“长进短出”。如果反过来，成了得排液装置，常用于量气体的体积。

③要使产生的氧气被充分干燥，一般有两种方案，一是通过操作的控制来控制反应速率，即控制分液漏斗的活塞，让液体慢慢滴入烧瓶中，使反应中产生的O₂缓慢通过D装置，与浓H₂SO₄充分接触而被干燥，这是本题的答案。再一种方案是通过改造仪器装置，增大气体与浓硫酸的接触面积。通常的作法是在导管口接上一个多孔的小空心球，形状见右图，此物曾在高考中考过。

以上属于实验仪器和实验操作方面的内容，此次考查这部分内容也是对我市前几次实验考查内容的补全。

（3）甲同学的方案是直接应用信息，对方程式进行分析的结果――酸性条件――加入稀H₂SO₄――有金属铜产生――若反应中若有红色不溶固体生成，则说明固体中含有Cu₂O。

丙同学方案的计算核心是铜守恒，n(Cu)—— n(CuO)——2 n(Cu₂O)。

若X全部为Cu₂O，则粉末X质量为：××144——g；

若X全部为CuO，则粉末X质量为：×80——g。

因而，n的取值范围是≤n＜（有可能完全是氧化铜，所以用≤；既然含有Cu₂O就不可能完全是CuO，所以用＜）。

n(Cu₂O)的计算方法：在化学中计算一般是列等式，实际上就是等量，就是守恒的一种表达形式。在本题中一是有铜守恒，二是有铜的两种氧化物的质量等于n g。所以有

解得：n(Cu₂O)—— mol。

新的实验方案应该用新的思路。一般人们的思路是看信息表面（如甲同学），但是，设计实验首先要的就是被检验物质的性质。化学性质主要有两类，一类是从酸、碱、盐的角度去考虑，甲同学已经考虑过了。二是从氧化还原反应角度去考虑，亚铜中铜是＋1价，所以有还原性，所以可以用氧化剂反应，只有要明显的颜色变化就行。所以用答案：向粉末x中加入足量浓HNO₃，若有红棕色气体产生，则说明固体中含有Cu₂O。该实验的特点是有明显的现象。另外两种情况的考虑：①用酸性高锰酸钾溶液。如果粉末中氧化亚铜的含量少，不能使其全部褪色，就很难下结论。②用氯化铁溶液。由于氯化铁溶液是强酸性的，当与CuO反应pH升高到一定程度时，氯化铁的水解作用就会产生红褐色沉淀，而自身颜色也褪去，所以无法判断。再：用稀浓硝酸也是一种选择，但考虑产生要与CuO反应，一定会大量消耗硝酸，另外从还原产生的气体题看，产生NO的量NO₂量的三分之一，既使变红棕色也不如浓硝酸明显。

应该说，新实验方案如果是凭印象选择了浓硝酸说明元素知识比较熟练，但如果是从氧化还原反应的观点来分析和选择的话，说明了一定的化学境界。

本题从知识的角度讲，考查了铜及其重要化合物的性质，考查了硝酸的性质，考查了离子方程式的书写。从化学思想方法角度讲，考查了对氧化还原反应原理的理解与应用。从能力角度讲，考查了接受并应用新信息的能力，符合考试说明的要求。

需要再说的几点：①如果仅是描述实验现象的话，应该说到粉末逐渐溶解，溶液逐渐变为绿色。

 ②本实验是一个验证性实验，所以结论应该是两种情况，如果是…，如果不是…。但在本题中前三个同学的方案已经给了模式，此问只要说出有Cu₂O的现象就行了。