Question

3．某化学课外兴趣小组探究氢气还原氧化铜的反应，有如下实验装置：

（1）上述A装置可用于实验室制取氢气和二氧化碳，请分别写出实验室制取氢气和二氧化碳的化学方程式Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
上述可用于收集二氧化碳装置是C（用装置字母序号填空）．
（2）请你参与探究氢气还原氧化铜得到的红色固体的成分，完成下列各题：
已知信息：Ⅰ．氢气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：红色固体含有什么物质？
①猜想假设：
假设一：红色固体只含Cu；假设二：红色固体只含Cu₂O；
假设三：红色固体含有Cu和Cu₂O（请补充完成假设三）．
②实验探究：（填写表中空格）

实验操作	实验现象	实验结论
a．取少量红色固体加入到足量硫酸溶液中	无明显现象	假设成立假设一
b．取少量红色固体加入到足量硫酸溶液中	有红色固体剩余	假设二和假设三均成立

③数据处理：甲同学称取Wg红色固体加入到足量硫酸溶液中使其充分反应后，（填操作名称）、洗涤、干燥，称量剩余红色固体质量为mg，通过计算，若m=$\frac{64w}{144}$g（选填＞、＜或=），则假设二成立；若m＜$\frac{64w}{144}$g（选填＞、＜或=），则假设三成立．
④交流与反思：只要假设合理，实验方法正确，根据实验现象和数据就能得出结论．

Answer 1

分析 （1）熟记实验室制取氢气和二氧化碳的化学反应式；根据二氧化碳的密度和溶水性选择收集装置；
（2）①红色固体的成分除一、二两种假设外，还应有二者的混合物这一假设；
②根据所设计的实验：向红色固体中加入足量稀硫酸，由于铜不能与稀硫酸发生反应，而Cu₂O能与稀硫酸反应生成铜和硫酸铜，反应后溶液呈蓝色说明固体中含有Cu₂O；若无现象，则固体中只含有铜；
③假设7.2g红色固体全部是Cu₂O计算铜的质量，看是否等于3.2g；或假设所得3.2g全部是铜计算Cu₂O的质量，看是否等于7.2g，据此判断红色固体的组成成分．

解答 解：（1）实验室用锌与稀硫酸反应制取氢气的化学反应式是：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；用石灰石与稀盐酸反应制取二氧化碳的化学反应式是：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；二氧化碳的密度大于空气的密度，并且易溶于水，所以可用C向上排空气法收集．
故答案为：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；C；
（2）①氢气还原氧化铜有可能生成铜或氧化亚铜，因此可猜想反应后生成物为：铜或氧化亚铜或铜与氧化亚铜的混合物；
故答案为：Cu₂O和Cu的混合物；
②稀硫酸不能与铜发生反应，而氧化亚铜可与稀硫酸反应生成铜、硫酸铜和水；因此，当无现象时，说明固体中只含有铜；而溶液变成蓝色时，说明红色固体中含有氧化亚铜；氧化亚铜与稀硫酸反应生成的铜，使溶液中出现的红色铜，不能确定原红色粉末中是否一定含有铜；
故答案为：

实验操作	实验现象	实验结论
a．取少量红色固体加入到足量硫酸溶液中	无明显现象	假设成立 假设一
b．取少量红色固体加入到足量硫酸溶液中	有红色固体剩余	假设二和假设三均成立

③要得到剩余的红色固体，先进行过滤实验，在通过洗涤、干燥．
若假设二成立，红色固体只含Cu₂O，所有的Cu₂O都与稀硫酸反应，我们可用据此计算出剩余固体m的质量，即此时假设二成立．
假设Wg红色固体全部是Cu₂O，反应后生成铜的质量为m
Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O
144                 64
 W                  m
$\frac{144}{W}=\frac{64}{m}$
m=$\frac{64W}{144}$
若m＞$\frac{64w}{144}$说明红色固体中原本就含有铜，所以假设三成立．
故答案为：过滤；=；＞．
答案：
（1）Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑； CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；  C；
（2）①红色固体含有Cu和Cu₂O； ②假设一；有红色固体剩余；③过滤；=；＞

点评 在研究物质组成时，通过定性的探究实验不能确定某组成成分时，可通过定量研究加以判断；定量研究时，质量守恒思想是进行推断的根本依据．