Question

8．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．③3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O  ④3Cu₂O+14HNO₃=6Cu（NO₃）₂+2NO↑+7H₂O
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ag，取红色试样置于坩埚中称得总质量为bg，在空气中高温灼烧至质量恒定，称得最后总质量为cg．
（1）请你评价方案1和方案2．如果你认为该方案合理，就简述其化学原理；如果你认为该方案不合理，就简述原因．
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＜$\frac{9b-a}{8}$，
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）简述该探究方案中，检验气体发生装置气密性的方法（说明操作方法、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．
（4）你认为依据新方案测定上述红色试样成分必须获得下列哪些物理量：②③⑤（选填序号）
①通入氢气体积； ②反应前，红色试样+硬质试管的总质量；③完全反应后红色固体+硬质试管的总质量；④实验前，干燥管（含药品）的质量；⑤硬质试管质量；⑥锌粒质量；⑦稀硫酸中含溶质的量；⑧实验后，干燥管（含药品）的质量．
（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）根据大气压强原理来检验装置的气密性；
（4）根据化学反应前后红色固体物质的质量变化可以判断物质的组成情况；
（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
$\frac{128}{b-a}$=$\frac{144}{c-a}$，
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＜$\frac{9b-a}{8}$，
故答案为：c＜$\frac{9b-a}{8}$；
Ⅲ．（3）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；
（4）解答此题时，应知道测定的原理；用此装置测定物质组成通常在如下两种途径：
氢气与Cu₂O反应的化学方程式为：Cu₂O+H₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O，结合装置图和化学方程式，硬质玻璃管+其中固体在反应前后质量差是Cu₂O中O的质量，通过氧的质量可求出Cu₂O的质量，再进一步判断是否含有Cu；此法需要测定的数据：②③⑤；故答案为：②③⑤；
（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．