Question

20．下图为实验室常见气体的制备、净化、收集和性质实验的部分仪器．（组装实验装置时，可重复选择仪器）

（1）某化学小组同学欲用石灰石和浓盐酸为原料，在实验室制备、收集干燥纯净的二氧化碳气体，并按要求设计了实验装置，连接仪器、检验装置气密性．
①所选仪器的连接顺序应为ACBE（填写仪器序号字母）；
②写出实验室制取二氧化碳的反应方程式CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
③若将装置A与D连接，观察到装置D内有气泡，但无明显的浑浊现象，为此，小组同学展开了讨论，经研究后决定将装置A与C连接，观察到装置C中有白色沉淀出现，请你根据上述实验信息，分析装置D中出现异常现象的原因：浓盐酸具有挥发性，导致制取的二氧化碳中混有氯化氢气体，混合气通过澄清石灰水时，盐酸会先与氢氧化钙反应，导致二氧化碳不能与氢氧化钙反应，二氧化碳也不会与氯化钙反应，所以澄清石灰水不变浑浊．
（2）铁粉在高温下能与水蒸气发生反应，生成一种还原性气体和黑色的四氧化三铁固体，利用生成的还原性气体可以测定某样品中氧化铜的质量，实验装置如下图所示：（已知杂质不参与反应；碱石灰即烧碱和生石灰的混合物；假设每步实验都充分反应）

①试写出装置B中发生反应的化学方程式：3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
②反应结束后，对实验数据进行处理，下列说法正确的是AC（填序号）
A．若装置D的质量减少mg，则样品中含有氧化铜5mg
B．若装置C₂的质量增加ng，则样品中含有氧化铜$\frac{80n}{9}$g
C．若不连接装置C₁，则通过装置C₂质量的增加计算出的氧化铜质量偏大
D．若装置D中仍有少量黑色固体，则通过装置D质量的减少计算出的氧化铜质量偏大
③小颖同学认为“仪器D中减少的质量等于仪器C₂中增加的质量”，小燕同学通过称量，发现二者质量并不相等，请你仔细分析并予以说明：仪器D中减少的是氧化铜中的氧元素的质量；而仪器C₂中增加的是反应生成的水的质量．

Answer 1

分析 （1）①根据实验室用浓盐酸和石灰石制取的二氧化碳中混有氯化氢、水蒸气，硝酸银会与盐酸反应，浓硫酸有吸水性，除去水蒸气需要放在最后，二氧化碳的密度比空气大进行分析；
②根据碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳进行分析；
③根据浓盐酸具有挥发性进行分析；
（2）①根据铁和水蒸气在高温的条件下生成四氧化三铁和氢气进行分析；
②根据D装置中减少的质量就是氧化铜中氧元素的质量，装置C₂的质量增加的质量就是生成水的质量，C₁装置是除去反应中的水蒸气，装置D中仍有少量黑色固体，说明氧化铜没有完全反应进行分析；
③根据氧化铜和氢气在加热的条件下生成铜和水，碱石灰有吸水性进行分析．

解答 解：（1）①实验室用浓盐酸和石灰石制取的二氧化碳中混有氯化氢、水蒸气，硝酸银会与盐酸反应，浓硫酸有吸水性，除去水蒸气需要放在最后，二氧化碳的密度比空气大，所以所选仪器的连接顺序应为ACBE；
②碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，化学方程式为：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
③浓盐酸具有挥发性，所以装置D中出现异常现象的原因：浓盐酸具有挥发性，导致制取的二氧化碳中混有氯化氢气体，混合气通过澄清石灰水时，盐酸会先与氢氧化钙反应，导致二氧化碳不能与氢氧化钙反应，二氧化碳也不会与氯化钙反应，所以澄清石灰水不变浑浊；
（2）①铁和水蒸气在高温的条件下生成四氧化三铁和氢气，化学方程式为：3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
②A、D装置中减少的质量就是氧化铜中氧元素的质量，装置D的质量减少mg，则样品中含有氧化铜为：$\frac{mg}{\frac{16}{80}}$=5mg，故A正确；

B、碱石灰有吸水性，装置C₂的质量增加的质量就是生成水的质量，水中氧元素的质量为：ng×$\frac{16}{18}$=$\frac{8}{9}$ng，所以样品中含有氧化铜$\frac{\frac{8ng}{9}}{\frac{16}{80}}$=$\frac{40ng}{9}$，故B错误；
C、C₁装置是除去反应中的水蒸气，若不连接装置C₁，则通过装置C₂质量的增加的质量偏大，计算出的氧化铜质量偏大，故C正确；

D、装置D中仍有少量黑色固体，说明氧化铜没有完全反应，所以则通过装置D质量的减少计算出的氧化铜质量偏小，故D错误；
故选：AC；
③氧化铜和氢气在加热的条件下生成铜和水，碱石灰有吸水性，所以仪器D中减少的是氧化铜中的氧元素的质量；而仪器C₂中增加的是反应生成的水的质量．
故答案为：（1）①ACBE；
②CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
③浓盐酸具有挥发性，导致制取的二氧化碳中混有氯化氢气体，混合气通过澄清石灰水时，盐酸会先与氢氧化钙反应，导致二氧化碳不能与氢氧化钙反应，二氧化碳也不会与氯化钙反应，所以澄清石灰水不变浑浊；
（2）①3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
②AC；
③氧化铜中的氧元素，反应生成的水．

点评 本题主要考查常见气体的发生装置与收集装置的探究，发生装置依据反应物的状态和反应条件选择，收集装置依据气体的密度和溶解性选择．