Question

14．已知CuS和Cu₂S均为黑色，常温下都不溶于稀盐酸，在氧气中加热，最后都转化为CuO和SO₂．某黑色固体样品的成分可能是CuO、CuS和Cu₂S的一种或几种．某课外研究小组为探究其成分，设计以下实验测定该样品与氧气反应前后的质量变化，同时检测其气体产物．

（1）获得氧气的反应方程式为2H₂O₂ $\frac{\underline{\;CuCl_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．硫化亚铜与氧气反应的方程式为Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+SO₂．
（2）利用上述装置（可重复使用）进行实验，气流经导管的顺序为eabfghIedab．
（3）实验测得样品质量为m₁，与氧气充分反应后的固体质量为m₂，m₁=m₂，且C装置中品红褪色，则样品的成分（写出所有可能情况）只含有Cu₂S或含有CuO和Cu₂S．
（4）该实验小组为了控制实验中氧气的产生速率，设计了如图1所示的实验装置继续探究不同的催化剂对H₂O₂分解的催化效率．
①实验时可以通过测量相同时间内产生O₂的体积（或生成相同体积O₂所需要的时间）来体现H₂O₂的分解速率的大小．
②请设计实验比较Fe³⁺含 Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效率（完成以下实验方案）：分别在锥形瓶中加入等浓度等体积的FeCl₃溶液和CuCl₂溶液，用针筒a分别装好等浓度等体积的H₂O₂溶液．氨上图密封好装置，将H₂O₂溶液快速注射进锥形瓶，并记录等时间内b这生成氧气的体积，最后，比较两个实验的氧气的体积．（试剂仪器不限，装置用图2）

Answer 1

分析 （1）装置B是过氧化氢滴入氯化铜溶液中，氯化铜做催化剂过氧化氢分解生成氧气；硫化亚铜与氧气反应生成氧化铜和二氧化硫；
（2）某黑色固体样品的成分可能是CuO、CuS和Cu₂S的一种或几种，实验测定该样品与氧气反应前后的质量变化，同时检测其气体产物，通过装置c检验生成的二氧化硫气体，通过碱石灰吸收二氧化硫和水蒸气，并干燥氧气，进入装置D和样品发生反应，生成的二氧化硫易溶于水，通过装置E防止倒吸，通过装置C检验生成的二氧化硫，通过装置装置A吸收剩余的二氧化硫；
（3）实验测定样品质量为m₁，与氧气充分反应后的固体质量为m₂，m₁=m₂，且C装置中品红褪色，说明生成了二氧化硫气体，CuS和Cu₂S至少有一种，因为反应后固体质量不变，结合反应Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+SO₂ ，反应前后质量不变分析判断；
（4）①过氧化氢分解生成气体，测定生成气体的时间可以判断反应速率；
②比较Fe³⁺含 Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效率，需要保持其他条件相同．

解答 解：（1）装置B是过氧化氢滴入氯化铜溶液中，氯化铜做催化剂过氧化氢分解生成氧气，反应的化学方程式为：2H₂O₂ $\frac{\underline{\;CuCl_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，硫化亚铜与氧气反应生成氧化铜和二氧化硫，反应的化学方程式为：Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+SO₂，
故答案为：2H₂O₂ $\frac{\underline{\;CuCl_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑； Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+SO₂ ，
（2）生成氧气需要干燥，二氧化硫可以用品红溶液检验，由于二氧化硫易溶于水需要防止倒吸且进行尾气吸收，气体产物，通过装置c检验生成的二氧化硫气体，通过碱石灰吸收二氧化硫和水蒸气，并干燥氧气，进入装置D和样品发生反应，生成的二氧化硫易溶于水，通过装置E防止倒吸，通过装置C检验生成的二氧化硫，通过装置装置A吸收剩余的二氧化硫，所以气流经导管的顺序为：eabfghiedab，
故答案为：eabfghiedab；
（3）实验测定样品质量为m₁，与氧气充分反应后的固体质量为m₂，m₁=m₂，且C装置中品红褪色，说明生成了二氧化硫气体，CuS和Cu₂S至少有一种，因为反应后固体质量不变，结合反应Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+SO₂ ，可知，反应前后固体质量不变，则样品中成分为Cu₂S或CuO和Cu₂S，
故答案为：只含有Cu₂S或含有CuO和Cu₂S；
（4）①过氧化氢分解生成氧气，实验过程中可以通过测定相同时间内生成氧气的体积或生成相同体积的氧气所需时间来表现过氧化氢的分解速率大小，
故答案为：相同时间内产生O₂的体积或生成相同体积O₂所需要的时间；
②比较Fe³⁺含 Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效率，需要保持其他条件相同，实验方案为：分别在锥形瓶中加入等浓度等体积的FeCl₃溶液和CuCl₂溶液，用针筒a分别装好等浓度等体积的H₂O₂溶液，按照上图密封好装置，将H₂O₂溶液快速注射进锥形瓶，并记录等时间内b这生成氧气的体积，
故答案为：分别在锥形瓶中加入等浓度等体积的FeCl₃溶液和CuCl₂溶液，用针筒a分别装好等浓度等体积的H₂O₂溶液，按照上图密封好装置，将H₂O₂溶液快速注射进锥形瓶，并记录等时间内b这生成氧气的体积．

点评 本题考查了实验探究物质组成、反应现象判断、实验方案的设计、对比实验的应用等，掌握基础是解题关键，题目难度较大．