Question

17．化学兴趣小组的同学用电解水的方法测定水的组成后，提出问题：“测定水的组成还有其他的方法吗？”经过讨论后，得到了肯定的答案．请你一起对此展开探究．

【设计方案】甲同学利用氢气还原氧化铜的原理和上图装置及药品进行实验（操作规范）．
装置A中发生反应的化学方程式为Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，洗气瓶B中浓硫酸的作用为干燥气体．
【实验探究】实验过程中观察到C中黑色固体变为红色（填实验现象），最终测得：①装置C的玻璃管和其中固体的总质量在反应后减少了1.6g；②装置D的干燥管和其中物质的总质量在反应后增加了1.82g，用此数据算得水中H、O元素的质量比为11：80，而由水的化学式算得H、O元素的质量比为1：8．
【问题讨论】针对上述结果与理论值有偏差，乙同学认为：该装置存在缺陷，此观点得到了大家的认同，你对此改进的方法是在D装置的后面，再连接一个D装置，防止空气中的水蒸气、二氧化碳对实验造成干扰（假设生成的水完全被D中碱石灰吸收，装置内空气中的水蒸气、CO₂忽略不计）．小组同学用改进后的装置重新实验得到了正确结果．
意外发现】丙同学不小心将反应后的少量红色固体a洒落到多量稀硫酸中了，发现除了有红色固体b以外，溶液的颜色由无色变为蓝色．
【提出问题】铜与稀硫酸是不反应的，这里溶液的颜色为什么会变蓝呢？
【查阅资料】①CuO被还原的过程中会有Cu₂O生成，Cu₂O也能被还原成Cu；
②Cu₂O固体是红色的，它与稀硫酸的反应为：
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
得出结论】红色固体a中含有Cu₂O．
【分析交流】红色固体a中含有Cu₂O是否会影响水组成的测定结果不影响（填“影响”或“不影响”）．
【提出猜想】针对红色固体a的成分，小组同学提出猜想①是：Cu₂O和Cu；猜想②是：
Cu₂O．
【定量分析】①小组同学再次实验，他们称取质量为3.6g的红色固体a，与足量的稀硫酸完全反应后，经过滤、洗涤、干燥、称量后得到红色固体b为2g．假如3.6g红色固体a都是Cu₂O，请你计算生成铜的质量（写出计算过程）．
②请确定哪种猜想成立并说明理由由于1.6g＜2g，红色固体中一定含有Cu₂O和Cu，猜想①成立．

Answer 1

分析 【设计方案】根据锌与稀硫酸的反应写出装置A中发生反应的化学方程式，根据浓硫酸具有吸水性分析浓硫酸的作用；
【实验探究】根据在加热的条件下氢气与氧化铜的反应，分析实验过程中观察到C中的实验现象，根据氧化铜减少的质量和碱石灰增加的质量进行分析；
【问题讨论】根据碱石灰能吸收空气中的水分、二氧化碳等分析；
【分析交流】根据玻璃管中固体减少的质量就是生成的水中氧元素的质量，红色固体a中含有Cu₂O不影响对水的测定结果进行分析；
【提出猜想】根据氧化铜被还原的生成物进行猜想．
【定量分析】根据化学方程式和题中的数据，通过计算可以确定红色固体a的成分

解答 解：【设计方案】由装置图可知，装置A中锌与稀硫酸反应生成了硫酸锌和氢气，发生反应的化学方程式为：Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，由于浓硫酸具有吸水性，洗气瓶B中浓硫酸的作用为干燥气体．
【实验探究】由于在加热的条件下，氢气还原氧化铜生成了铜和水，所以，实验过程中观察到C中黑色固体变为红色，通过题中的数据可知，装置C的玻璃管和其中固体的总质量在反应后减少了1.6g，理论上为水中氧元素的质量，装置D的干燥管和其中物质的总质量在反应后增加了1.82g即为水的质量，用此数据算得水中H、O元素的质量比为（1.82g-1.6g）：1.6g=11：80．
【问题讨论】由于碱石灰能吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，该装置存在缺陷，对此改进的方法是：在D装置的后面，再连接一个D装置，防止空气中的水蒸气、二氧化碳对实验造成干扰．
【分析交流】红色固体a中含有Cu₂O不影响水测定结果，因为玻璃管中固体减少的质量就是生成的水中氧元素的质量，和固体的成分无关；
【提出猜想】由于CuO被还原的过程中会有Cu₂O生成，Cu₂O固体是红色的，Cu₂O也能被还原成Cu；所以，猜想②是：Cu₂O．
【定量分析】①设生成铜的质量为x，则
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
144              64
3.6g            x
$\frac{144}{64}=\frac{3.6g}{x}$  解得：x=1.6g       
②由于1.6g＜2g，红色固体中一定含有Cu₂O和Cu，故猜想①成立．
故答为：【设计方案】Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，干燥气体；
【实验探究】黑色固体变为红色，11：80；
【问题讨论】在D装置的后面，再连接一个D装置，防止空气中的水蒸气对实验造成干扰
【分析交流】不影响；
【提出猜想】Cu₂O；
【定量分析】①生成铜的质量为1.6g；②由于1.6g＜2g，红色固体中一定含有Cu₂O和Cu，故猜想①成立．

点评 通过计算可以确定物质的组成，这是近年来常考的内容之一，既是重点、又是难点，要仔细领会、全面掌握．