题目内容
【题目】在一些教科书上，氢气还原氧化铜的实验装置如图所示，有关的化学方程式为
。某化学兴趣小组在老师的指导下进行氢气还原氧化铜实验，请你参与他们的活动，并回答有关问题。
（实验步骤）（1）按图1连好实验仪器，装入药品。
（2）先通入一会儿氢气（目的是________），再加热氧化铜。
（3）观察到试管里的氧化铜全部由黑色变为红色，即可停止加热，再_______至试管冷却至室温为止。
（提出问题）试管里生成的红色固体全部是金属铜吗？
（查阅资料）①氢气还原氧化铜时，如果反应不彻底，红色固体还可能是Cu2O。
②Cu和Cu2O都是不溶于水的红色固体，且
。
（作出猜想）
猜想①：红色固体中只有Cu；
猜想②：红色固体中只有Cu2O；
猜想③：红色固体中有__________。
（实验验证）（1）甲同学取少量红色固体装入试管，加入足量稀硫酸，观察到溶液变成蓝色，且仍有红色固体残留，则认为猜想③成立。乙同学认为该实验不能证明猜想③成立，因为______________。
（2）丙同学取3.4g红色固体加入足量的稀硫酸中，充分反应后过滤，将滤渣洗涤、干燥后，称其质量为2.4g，则猜想_________成立。请你据此猜想写出对应的氢气还原氧化铜的化学方程式：_____________。
（拓展延伸）上述实验装置，将没有反应的氢气直接排放到空气中，存在安全隐患。另外，试管里的空气什么时候排完不能及时知道，因而浪费氢气。同学们在老师的指导下，对上述实验装置进行改进，改进装置如图2所示。
针对改进后的实验装置，下列有关说法正确的是________（填字母）。
A当注射器推入30mL氢气时，装置内的空气基本排尽
B实验过程中，长柄U形玻璃管内壁没有水珠出现
C实验结束后，点燃小气球中收集的气体，能听到爆鸣声
D该实验装置安全可靠，节约氢气
【答案】排尽试管里的空气（或防止加热时发生爆炸） 继续通入氢气 Cu和Cu2O 猜想②也能出现同样的现象 ③ 
ACD
【解析】
实验步骤：
（2）氢气中混入空气或氧气时加热极易发生爆炸，因此实验开始时要先通入一会儿氢气，以排尽试管里的空气，防止加热时发生爆炸。
（3）实验结束时，要先停止加热，再继续通入氢气至试管冷却至室温为止，使还原出来的炽热的铜粉（或氧化亚铜）在氢气流中得到冷却而不会被空气中的氧气所氧化。
作出猜想：
根据题给的猜想①②可知，猜想③是它们的组合，即红色固体中含有Cu和Cu2O。
实验验证：
（1）对于甲同学的验证实验，只能说明红色固体中一定含有Cu2O，即排除了猜想①，而猜想②、猜想③都有可能。
（2）针对丙同学的验证实验，假设3.4g红色固体全部是Cu2O，设反应后残留的滤渣质量为x。
x≈1.51g
丙同学实际得到的滤渣2.4g>1.51g，说明原3.4g红色固体中不全是Cu2O，还一定含有Cu，即猜想③成立。
因为氢气还原氧化铜反应的固体产物中既有Cu又有Cu2O，所以设3.4g红色固体中铜的质量为m，则有Cu2O的质量为（3.4-m）g，Cu2O与硫酸反应生成Cu的质量为（2.4-m）g，则由Cu2O与硫酸反应的化学方程式可得
，m=1.6，即H2还原氧化铜生成Cu 和Cu2O的质量比为1.6g：1.8g=8：9，由此可计算出反应生成Cu和Cu2O的化学计算数之比为2：1，则氢气还原氧化铜的化学方程式为。
拓展延伸：
改进后的实验装置具有“量化”设计，特殊构造的长柄U形玻璃管的容积是30mL，如果通入30mL氢气就基本上可以排尽其中的空气，这样就能及时知道容器内的空气是否排完，从而增强了实验的安全性，并且节约了氢气。在改进装置中，容器内的空气被排入小气球中，没有反应的氢气也进入小气球内；在点燃小气球中的尾气时，氢气与空气中的氧气在有限空间里发生剧烈反应，引起气体体积急剧膨胀，因而发出爆鸣声。氢气还原氧化铜时，不管固体产物是Cu还是Cu2O，氢气都被氧化为水，因此实验过程中可以观察到长柄U形玻璃管内壁有水珠出现，故ACD正确。
