Question

7．某化学兴趣小组将铁粉投入硫酸铜溶液中，发现生成红色固体物质的同时有气泡放出．生成的是什么气体呢？同学们决定进行探究．
提示：该反应生成的气体只有一种，硫酸铜溶液中可能混有硫酸．
【提出猜想】①生成的气体可能是SO₂或O₂或H₂．
【查阅资料】①SO₂与二氧化碳化学性质相似，如：它也能使澄清的石灰水变浑浊．
②浓硫酸具有强烈的吸水性，可做气体的干燥剂．
③H₂与CO均可以还原金属氧化物．
【方案设计】甲同学设计了如下实验方案，验证猜想的气体．甲同学认为：若观察到A中石灰水变浑浊，则气体为SO₂．若观察到C中红色的铜网变黑，则气体为O₂．
【实验探究】
①实验开始时，应先将收集到的气体从a处通入一段时间后，再点燃c处酒精灯．这样操作的目的是排尽装置内的空气，防止气体不纯发生爆炸．
②实验过程中发现A装置中溶液不变浑浊，C装置中表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，试管壁上有水滴生成；
【实验结论】生成的气体是氢气．
【实验反思】乙同学认为甲同学的实验方案操作复杂，他只需一盒火柴即可确定该气体成分．你认为乙同学的实验方法是收集一瓶气体，将燃着的火柴伸入瓶中，若火柴熄灭，则为SO₂；若火柴燃烧更旺，则为O₂；若气体被点燃，则为H₂．
【拓展延伸】将氯化钙和碳酸钙的混合物14.4g放入140g稀盐酸中，恰好完全反应，所得不饱和溶液的质量为150g，计算：反应后溶液中溶质的质量分数？（写出具体的计算过程）

Answer 1

分析 【方案设计】根据二氧化硫和氢氧化钙溶液反应微溶于水的亚硫酸钙和水以及氧气和铜反应生成黑色的氧化铜进行解答；
【实验探究】①根据该实验中氢气属于可燃性气体，不纯加热可能会发生爆炸进行解答；
【实验结论】①根据实验现象可知该气体是氢气进行解答；
②根据铁和硫酸铜溶液反应生成铜和硫酸亚铁进行解答；
【实验反思】根据二氧化硫不燃烧也不支持燃烧，能使燃着的木条熄灭；氧气具有助燃性，能使燃着的木条燃烧更旺；氢气具有可燃性，能燃烧进行解答；
【拓展延伸】根据质量守恒定律计算生成二氧化碳的质量；根据化学方程式利用生成的二氧化碳的质量计算出混合物中碳酸钙的质量和生成的氯化钙的质量，溶质有两部分，一是生成的氯化钙，一是原混合物中的氯化钙，原混合物中的氯化钙可以用混合物的质量减去碳酸钙的质量获得，最后利用质量分数公式计算即可．．

解答 解：【方案设计】二氧化硫和氢氧化钙溶液反应微溶于水的亚硫酸钙和水，所以如果A中石灰水变浑浊，则气体为SO₂；氧气和铜反应生成黑色的氧化铜，所以如果C中红色的铜网变黑，则气体为O₂；
【实验探究】①该实验中氢气属于可燃性气体，不纯加热可能会发生爆炸，所以实验开始时，应先将收集到的气体从a处通入一段时间后，再点燃C处酒精灯；
【实验结论】实验过程中发现A装置中溶液不变浑浊，说明不是二氧化硫，C装置中表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，试管壁上有水滴生成，所以铁粉与该硫酸铜溶液反应时，产生的气体是氢气；
【实验反思】二氧化硫不燃烧也不支持燃烧，能使燃着的木条熄灭；氧气具有助燃性，能使燃着的木条燃烧更旺；氢气具有可燃性，能燃烧，所以乙同学的实验方案是收集一瓶气体，将燃着的火柴伸入瓶中，若火柴熄灭，则为SO₂；若火柴燃烧更旺，则为O₂；若气体被点燃，则为H₂；
【拓展延伸】
故答案为：
【方案设计】A中石灰水变浑浊；C中红色的铜网变黑；
【实验探究】排尽装置内的空气，防止气体不纯发生爆炸；
【实验结论】氢气；
【实验反思】收集一瓶气体，将燃着的火柴伸入瓶中，若火柴熄灭，则为SO₂；若火柴燃烧更旺，则为O₂；若气体被点燃，则为H₂；
【拓展延伸】根据质量守恒定律，生成二氧化碳的质量=14.4g+140g-150g=4.4g；
（2）设原混合物中含有碳酸钙的质量为x，生成氯化钙的质量为y，则
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100        111       44
x          y        4.4g

$\frac{100}{x}$=$\frac{44}{4.4g}$，解得x=10g；

$\frac{111}{y}$=$\frac{44}{4.4g}$，解得y=11.1g；
反应后所得溶液中溶质的质量分数是$\frac{11.1g+（14.4g-10g）}{150g}$×100%=10.3%．
答：反应后所得溶液中溶质的质量分数是10.3%．

点评 本题主要考查化学实验的方案设计与评价，在解此类题时，首先分析题中考查的问题，然后结合所给的知识和学过的知识进行分析解答．