Question

15．已知木炭还原氧化铜实验中发生的主要反应：C+2CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑，某化学兴趣小组对该实验红色固体产物的成份（假设反应物已完全反应）作如下探究：
探究一：检验红色固体产物的成份
【查阅资料】Ⅰ．木炭还原氧化铜除生成铜外还可能生成氧化亚铜（Cu₂O）；
Ⅱ．Cu和Cu₂O均为不溶于水的红色固体；
Ⅲ．Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
【提出问题】该实验的红色固体产物中含有什么物质？
【猜想与假设】
假设1：红色固体只含Cu；       假设2：红色固体只含Cu₂O；
假设3：红色固体为Cu和Cu₂O的混合物（请补充完成假设3）．
【实验探究】（填写表中空格）

实验操作	实验现象	实验结论
取少量红色固体加入到足量稀硫酸溶液中	若无明显现象	假设1成立
	若固体部分（选填“全部”或“部分”）溶解，溶液由无色变蓝色	假设2和假设3均成立

探究二：测定该实验红色固体产物中Cu₂O的含量
该化学兴趣小组经交流讨论后，设计了如下方案：
【方案】称取5.00g的红色固体，用如下图所示装置进行实验（固定装置略去，碱石灰为氧化钙和氢氧化钠的混合物），通过测定反应前后装置d的质量达到实验目的．

（1）装置a中用稀硫酸而不用稀盐酸，原因是稀盐酸有挥发性，干扰实验；
（2）装置b的作用是吸收水蒸气，若不加装置b，实验结果会偏大（“偏大”或“偏小”）；
（3）装置c中涉及的反应化学方程式Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
（4）装置e的作用是防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入d装置，若不加装置e，实验结果会偏大（“偏大”或“偏小”）；
（5）点燃酒精灯前涉及的部分操作如下，
①连接仪器；
②检查装置气密性；
③关闭K₂，打开K₁，通氢气一段时间以赶尽装置内原有的空气，其目的是：a．防止空气中的H₂O和CO₂进入装置d干扰测定；b．防止发生爆炸，检验空气是否赶尽的方法是：在K₁处用小试管收集气体，进行验纯；
④打开K₂，关闭K₁
（6）经测定反应前后装置d的质量分别为100.00g、100.18g，计算产物中Cu₂O的质量分数（写出计算过程，最后结果保留小数点后1位）；
【交流与反思】
方案中利用同样的装置，还可通过测定反应前后装置c（填“a”、“b”或“c”）的质量达到实验目的．

Answer 1

分析 探究一：【猜想与假设】因为Cu和Cu₂O均为不溶于水的红色固体，则根据假设1、2，推测假设3；
【设计实验】如果暗红色固体中含有Cu₂O，加入稀硫酸时，Cu₂O和稀硫酸反应生成硫酸铜，硫酸铜溶液是蓝色的；
探究二：
【方案】
（1）盐酸易挥发，容易挥发出氯化氢气体；
（2）考虑浓硫酸的吸水干燥作用；
（3）装置c中涉及的反应为：氢气与Cu₂O生成铜与水；
（4）空气中含有水蒸气和二氧化碳，能够被碱石灰吸收；
（5）正确的顺序是：先连接仪器，检查装置的气密性，再关闭K₂，打开K₁，通氢气一段时间，把装置中的水蒸气和二氧化碳排出，再打开K₂，关闭K₁，点燃酒精灯；
（6）根据化学方程式化和质量守恒定律，计算产物中Cu₂O的含量；
【交流与反思】根据通过测定反应前后c装置的质量也可以达到实验目的解答．

解答 解：探究一：
【猜想与假设】因为Cu和Cu₂O均为不溶于水的红色固体，则根据假设1、2，推测假设3为红色固体Cu、Cu₂O的混合物；
【设计实验】取少量暗红色固体，加入稀硫酸，如果观察到固体部分溶解，溶液变成蓝色，即Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，说明暗红色固体含有Cu₂O．
探究二：
【方案】
（1）装置a中用稀硫酸而不用稀盐酸，原因是盐酸易挥发，挥发出的氯化氢能被碱石灰吸收，影响测定结果．
（2）装置b的作用是 干燥氢气，若不加装置b，实验结果会偏大；
（3）装置c中涉及的反应化学方程式Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O；
（4）若不加装置e，实验结果会偏高，原因是d中的碱石灰能够吸收空气中的水和二氧化碳，从而使测定的水的质量偏高，会导致计算的Cu₂O的质量偏高，从而导致实验结果会偏大；
（5）点燃酒精灯前涉及的部分操作如下，①连接仪器；②检查装置的气密性；③关闭K₂，打开K₁，通氢气一段时间以赶尽装置内原有的空气，其目的是：a．防止空气中的H₂O和CO₂进入装置d干扰测定；b．防氢气不纯，发生爆炸，检验空气是否赶尽的方法是：在K₁处用小试管收集气体，进行点燃实验；④打开K₂，关闭K₁；
（6）经测定反应前后装置d的质量分别为100.00g、100.18g，则根据质量守恒定律，生成水的质量为100.18g-100.00g=0.18g，则设产物中Cu₂O的含量为x．
Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O
144           18
x             0.18g
$\frac{144}{x}=\frac{18}{0.18g}$
x=1.44g
产物中Cu₂O的质量分数=$\frac{1.44g}{5g}×$100%=28.8%
【交流与反思】
还可通过测定反应前后装置c的质量达到实验目的，反应前后装置c的质量差即为Cu₂O中氧元素的质量，根据氧元素的质量可以计算Cu₂O的质量，进一步可以计算产物中Cu₂O的含量．故填：c．
答案：
【猜想与假设】
红色固体为Cu和Cu₂O的混合物      
【实验探究】

实验操作	实验现象	实验结论
取少量红色固体加入到足量稀硫酸溶液中	若无明显现象	假设1成立
	若固体 部分（选填“全部”或“部分”）溶解，溶液由无色变蓝色	假设2和假设3均成立

【方案】
（1）稀盐酸有挥发性，干扰实验
（2）吸收水蒸气         偏大
（3）Cu₂O+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O
（4）防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入d装置
（5）检查装置气密性     发生爆炸      验纯
（6）产物中Cu₂O的质量分数为28.8%
反思：C

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．