Question

8．銅及其化合物一般都具有特征的顏色，例如Cu、Cu₂O呈紅色，CuO呈黑色，CuSO₄•5H₂O呈藍(lán)色等．研究性學(xué)習(xí)小組甲為檢測實驗室用H₂還原CuO所得紅色固體中是否含有Cu₂O進(jìn)行了認(rèn)真的探究．
Ⅰ．查閱資料：①Cu₂O屬于堿性氧化物； ②高溫灼燒CuO生成Cu₂O；③Cu₂O在酸性條件下能發(fā)生下列反應(yīng)：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O．③3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O  ④3Cu₂O+14HNO₃=6Cu（NO₃）₂+2NO↑+7H₂O
Ⅱ．設(shè)計實驗方案：
方案1：取該紅色試樣溶于足量的稀硝酸中，觀察溶液顏色變化
方案2：取該紅色試樣溶于足量的稀硫酸中，觀察溶液是否呈藍(lán)色
方案3：稱得干燥坩堝的質(zhì)量為ag，取紅色試樣置于坩堝中稱得總質(zhì)量為bg，在空氣中高溫灼燒至質(zhì)量恒定，稱得最后總質(zhì)量為cg．
（1）請你評價方案1和方案2．如果你認(rèn)為該方案合理，就簡述其化學(xué)原理；如果你認(rèn)為該方案不合理，就簡述原因．
方案1：不合理，因為銅和氧化亞銅均可溶于稀硝酸形成藍(lán)色溶液
方案2：合理，因為氧化亞銅與稀硫酸生成Cu和Cu²⁺，導(dǎo)致溶液呈藍(lán)色
（2）方案3中，若確認(rèn)紅色粉末中含有Cu₂O，則a、b、c應(yīng)符合的數(shù)學(xué)的關(guān)系為c＜$\frac{9b-a}{8}$，
Ⅲ．研究性學(xué)習(xí)小組乙，設(shè)計了新的探究方案，擬通過干燥管中CuSO₄是否變藍(lán)判斷紅色固體中是否含有Cu₂O，裝置如圖所示．
（3）簡述該探究方案中，檢驗氣體發(fā)生裝置氣密性的方法（說明操作方法、現(xiàn)象和結(jié)論）關(guān)閉活塞，從長頸漏斗向試管中注入一定量的水，使漏斗內(nèi)液面高于試管內(nèi)液面，靜置后若漏斗內(nèi)液面不下降，則裝置的氣密性良好；液面下降，則裝置漏氣．
（4）你認(rèn)為依據(jù)新方案測定上述紅色試樣成分必須獲得下列哪些物理量：②③⑤（選填序號）
①通入氫氣體積； ②反應(yīng)前，紅色試樣+硬質(zhì)試管的總質(zhì)量；③完全反應(yīng)后紅色固體+硬質(zhì)試管的總質(zhì)量；④實驗前，干燥管（含藥品）的質(zhì)量；⑤硬質(zhì)試管質(zhì)量；⑥鋅粒質(zhì)量；⑦稀硫酸中含溶質(zhì)的量；⑧實驗后，干燥管（含藥品）的質(zhì)量．
（5）為確保探究的科學(xué)、合理、安全，你認(rèn)為實驗中還應(yīng)采取的措施有：ABC（填序號）
A．在氫氣發(fā)生器與硬質(zhì)玻璃管之間加一個干燥裝置
B．加熱前先排盡裝置中的空氣
C．在盛有硫酸銅的干燥管后再連接一個裝有堿石灰的干燥管．

Answer 1

分析 Ⅱ．（1）銅和氧化亞銅都能和硝酸生成Cu²⁺；氧化亞銅與稀硫酸反應(yīng)生成Cu和Cu²⁺；金屬銅和稀硫酸不反應(yīng)；
（2）根據(jù)銅元素守恒計算得出正確結(jié)論；
Ⅲ．（3）根據(jù)大氣壓強(qiáng)原理來檢驗裝置的氣密性；
（4）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后紅色固體物質(zhì)的質(zhì)量變化可以判斷物質(zhì)的組成情況；
（5）根據(jù)水的存在會對實驗結(jié)果造成影響來回答判斷

解答 解：Ⅱ．（1）銅和氧化亞銅都能和硝酸反應(yīng)生成Cu²⁺，故方案1不合理；氧化亞銅與稀硫酸反應(yīng)生成Cu和Cu²⁺，金屬銅和稀硫酸不反應(yīng)，故方案2合理，
故答案為：不合理，因為銅和氧化亞銅均可溶于稀硝酸形成藍(lán)色溶液；合理，因為氧化亞銅與稀硫酸生成Cu和Cu²⁺，導(dǎo)致溶液呈藍(lán)色；
（2）根據(jù)銅元素守恒，則2Cu～Cu₂O                
                     128   144              
                     b-a   c-a
$\frac{128}{b-a}$=$\frac{144}{c-a}$，
解得c=$\frac{9b-a}{8}$，故若紅色粉末中含有Cu₂O，則a、b與c的應(yīng)符合的數(shù)學(xué)關(guān)系式為c＜$\frac{9b-a}{8}$，
故答案為：c＜$\frac{9b-a}{8}$；
Ⅲ．（3）檢驗裝置氣密性的方法：關(guān)閉活塞，從長頸漏斗向試管中注入一定量的水，使漏斗內(nèi)液面高于試管內(nèi)液面，靜置后若漏斗內(nèi)液面不下降，則裝置的氣密性良好；液面下降，則裝置漏氣，
故答案為：關(guān)閉活塞，從長頸漏斗向試管中注入一定量的水，使漏斗內(nèi)液面高于試管內(nèi)液面，靜置后若漏斗內(nèi)液面不下降，則裝置的氣密性良好；液面下降，則裝置漏氣；
（4）解答此題時，應(yīng)知道測定的原理；用此裝置測定物質(zhì)組成通常在如下兩種途徑：
氫氣與Cu₂O反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu₂O+H₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+H₂O，結(jié)合裝置圖和化學(xué)方程式，硬質(zhì)玻璃管+其中固體在反應(yīng)前后質(zhì)量差是Cu₂O中O的質(zhì)量，通過氧的質(zhì)量可求出Cu₂O的質(zhì)量，再進(jìn)一步判斷是否含有Cu；此法需要測定的數(shù)據(jù)：②③⑤；故答案為：②③⑤；
（5）根據(jù)硫酸銅是否變藍(lán)判斷是否含有氧化亞銅時，要注意水的干擾因素，所以制取的氫氣要干燥，可以在氫氣發(fā)生器與硬質(zhì)玻璃管之間加一個干燥裝置，并且要將空氣中的水的干擾排除，可以在盛有硫酸銅的干燥管后再連接一個裝有堿石灰的干燥管，實驗前要將裝置中的空氣排凈，防止干擾，
故答案為：ABC．

點評 本題是一道探究物質(zhì)組成和實驗方案設(shè)計的綜合性試題，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度較大．