Question

19．某研究性学习小组的同学用电解水的方法测定水的组成后，提出问题：“测定水的组成还有其他的方法吗？”经过讨论后，得到了肯定的答案，邀请你一起对此展开探究．
[设计方案】甲同学利用氢气还原氧化铜的原理和下图装置及药品进行实验（操作规范）．装置A中发生反应的化学方程式为Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑，洗气瓶B中浓硫酸的作用为吸收水．

【实验探究】当玻璃管中固体由黑色转变为红色时，实验测得：①装置C的玻璃管和其中固体的总质量在反应后减少了1.6g；②装置D的干燥管和其中物质的总质量在反应后增加了1.82g，用此数据算得水中H、O元素的质量比为①11：80，而由水的化学式算得H、O元素的质量比为②1：8．
【分析交流1】针对上述结果与理论值有偏差，乙同学认为：该装置存在缺陷，此观点得到了大家的认同，你对此改进的方法是在D装置后面再连接一个干燥管．
（假设生成的水完全被D中碱石灰吸收，装置内空气中的水蒸气、CO₂忽略不计）．小组同学用改进后的装置重新实验得到了正确结果．
【意外发现】丙同学不小心将反应后的少量红色固体a洒落到多量稀硫酸中了，发现除了有红色固体b以外，溶液的颜色由无色变为蓝色．
【提出问题】铜与稀硫酸是不反应的，这里溶液的颜色为什么会变蓝呢？
【查阅资料】①CuO被还原的过程中会有Cu₂O生成，Cu₂O也能被还原成Cu；
②Cu₂O固体是红色的，它与稀硫酸的反应为：Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O．
【得出结论】红色固体a中含有Cu₂O．
【分析交流2】红色固体a中含 有Cu₂O是否会影响水组成的测定结果不影响（填“影响”或“不影响”）．
【提出猜想】针对红色固体a的成分，小组同学提出猜想①是：Cu₂O；猜想②是：Cu₂O和Cu
【拓展探究】丁同学利用改进后的装置及药品重新实验，通过测量反应前后固体质量的方法去确定哪种猜想成立，他已称得：①玻璃管的质量；②反应前红色固体a和玻璃管的总质量，完全反应后，你认为他还需要称量反应后红色固体a和玻璃管 的质量．
【教师点拨】称取一定质量的红色固体a与足量的稀硫酸充分反应后，经过滤、洗涤、干燥后再称量红色固体b的质量，也可以确定哪种猜想成立．
【定量分析】小组同学再次实验，他们开始称取质量为3.6g的红色固体a，与足量的稀硫酸完全反应后得到红色固体b为2g．请通过计算说明，哪个猜想成立．
【拓展探究】他还需要称量反应后红色固体和玻璃管的总质量．

Answer 1

分析 根据锌能和稀硫酸发生置换反应，浓硫酸具有吸水性进行分析；
根据空气中含有水和二氧化碳进行分析；
根据玻璃管中固体减少的质量就是生成的水中氧元素的质量，红色固体a中含有Cu₂O不影响对水的测定结果进行分析；
根据玻璃管的质量，反应前后红色固体a和玻璃管的总质量都已经称量，如果再知道生成水的质量，就可以确定红色固体a的成分进行分析．

解答 解：【设计方案】锌和稀硫酸反应能生成硫酸锌和氢气，化学方程式为：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；洗气瓶B中浓硫酸的作用是吸收水；
【实验探究】用此数据算得水中氧元素的质量是1.6g，氢元素的质量是1.82g-1.6g=0.22g，则水中H、O元素的质量比为：0.22g：1.6g=11：80，由水的化学式算得H、O元素的质量比为：（1×2）：（16×1）=1：8；
【分析交流】因为空气中的水、二氧化碳进入了干燥管，影响了结果，所以应该在D装置后面再连接一个干燥管，这样能够防止空气中的水和二氧化碳进入D中；
【分析交流】红色固体a中含有Cu₂O不影响水测定结果，因为玻璃管中固体减少的质量就是生成的水中氧元素的质量，和固体的成分无关；
【提出猜想】氧化铜、铜都是红色的，所以猜想②应该是Cu₂O和Cu；
【拓展猜想】因为完全反应后铜的质量通过称量可以计算出来，如果知道反应生成的水的质量，根据化学方程式可以求出反应生成铜的质量，再和通过称量计算出的铜的质量比较，就可以确定固体的组成，因此还需要称量反应后红色固体a和玻璃管的质量．
【定量分析】设3.6g红色固体a都是Cu₂O，则完全反应后生成铜的质量为X，
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
 144            64
 3.6g           x
$\frac{144}{64}$=$\frac{3.6}{x}$
x=1.6g
与得到的红色固体2g不符，说明红色固体中含有氧化亚铜和铜．
所以猜想②成立．
故答案为：【设计方案】Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；吸收水；
【实验探究】11：80，1：8；
【分析交流】在D装置后面再连接一个干燥管；
【分析交流】不影响；
【提出猜想】Cu₂O和Cu；
【拓展猜想】反应后红色固体a和玻璃管的质量．
【定量分析】猜想②．

点评 通过计算可以确定物质的组成，这是近年来常考的内容之一，既是重点、又是难点，要仔细领会、全面掌握．