Question

10．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a g，取红色试样置于坩埚中称得总质量为b g，在空气中高温灼烧至质量恒定，称得最后总质量为c g．
（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：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：方案2合理，因为氧化亚铜与稀硫酸反应能够生成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＜$\frac{9b-a}{8}$，该实验方案最少得进行4次称量．
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）关闭导气管上的活塞，从长颈漏斗中往试管中注水，长颈漏斗中的液面高度高于试管中的液面高度，一段时间液面高度保持不变，说明装置气密性良好．
（4）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 （1）氧化亚铜、铜都能够和硝酸反应生成硝酸铜；
氧化亚铜能和稀硫酸反应生成硫酸铜，铜不能和稀硫酸反应；
（2）铜在空气中高温灼烧时，能和空气中的氧气反应生成氧化铜；
（3）凡是有气体参加或产生的实验，实验前一定要检查装置的气密性，以防装置漏气影响实验结果；
反应产生的氢气中会含有少量水蒸气；
氢气和空气混合达到一定程度时，遇明火或加热时会发生爆炸；
碱石灰中含有氢氧化钠和氧化钙，能够吸收水蒸气和二氧化碳．

解答 解：（1）因为铜和氧化亚铜均可溶于稀硝酸形成蓝色溶液，所以方案1不合理；
因为氧化亚铜与稀硫酸反应能够生成Cu和Cu²⁺，导致溶液呈蓝色，所以方案2合理．
故填：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反应能够生成Cu和Cu²⁺，导致溶液呈蓝色．
（2）设红色试样中含Cu的质量为x，
反应的氧气质量为：（c-a）-（b-a）=c-b，
灼烧过程中发生的反应为：4Cu+O₂$\frac{\underline{\;灼烧\;}}{\;}$2Cu₂O，
4Cu+O₂$\frac{\underline{\;灼烧\;}}{\;}$2Cu₂O，
256 32
 x c-b
$\frac{256}{x}$=$\frac{32}{c-b}$，
x=8（c-b），
如有Cu₂O，则8（c-b）＜b-a，
即c＜$\frac{9b-a}{8}$；
此实验方案至少要称量如下4次：干燥坩埚质量、坩埚加试样质量、灼烧后坩埚和药品总质量、再灼烧后坩埚和药品总质量（此次应与前一次相同方可，为重复实验，说明已加热至恒重）．
故填：c＜$\frac{9b-a}{8}$；4．
（3）检验气体发生装置气密性的方法是：关闭导气管上的活塞，从长颈漏斗中往试管中注水，长颈漏斗中的液面高度高于试管中的液面高度，一段时间液面高度保持不变，说明装置气密性良好．
故填：关闭导气管上的活塞，从长颈漏斗中往试管中注水，长颈漏斗中的液面高度高于试管中的液面高度，一段时间液面高度保持不变，说明装置气密性良好．
（4）A．在氢气发生器与硬质玻璃管之间加一个干燥装置，以防导出的氢气中含有的水蒸气影响实验结果；
B．加热前先排尽装置中的空气，以防发生爆炸，同时能够防止空气中的水蒸气影响实验结果；
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，以防空气中的水蒸气进入干燥管中影响实验结果．
故填：ABC．

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．