Question

定性和定量結合既是化學的重要思想，也是研究物質組成的重要方法．某研究性學習小組為檢測實驗室用H₂還原CuO所得紅色固體Cu中是否含有Cu₂O（紅色），進行了認真的探究．請你一起踏上探究之路，回答下列問題．
【查閱資料】
①無水CuSO₄遇水變藍    
②高溫灼燒CuO生成Cu₂O和O₂ 
③Cu₂O與稀H₂SO₄反應：Cu₂O+H₂SO₄=Cu+CuSO₄+H₂O
【設計實驗方案】
方案1  取該紅色固體加入適量稀H₂SO₄，實驗現象為

 

，結論為紅色固體中含有Cu₂O．
方案2  裝置如圖所示，擬通過干燥管中CuSO₄變藍來判斷紅色固體是否含有Cu₂O．

（1）為確保探究的科學、合理、安全．實驗中還應采取的措施有

 

；（填序號）
①加熱前先排盡裝置中的空氣
②在氫氣發(fā)生器與硬質玻璃管之間加一個干燥裝置
③在盛有CuSO₄的干燥管后再連接一個裝有濃H₂SO₄的洗氣瓶
（2）由方案2實驗后得出結論：紅色固體中含有Cu₂O．寫出紅色固體Cu₂O與H₂反應的化學方程式

 

．
方案3 稱得干燥坩堝（常用于固體加熱的容器）的質量為ag，取紅色固體置于坩堝中稱得總質量為bg，在空氣中高溫灼燒至質量恒定，稱得最后坩堝與固體總質量為cg．
（1）該實驗方案最少得進行

 

次稱量；
（2）若確認紅色固體中含有Cu₂O，則c與a，b應符合的數學關系式為

 

．

Answer 1

考點：實驗探究物質的組成成分以及含量,氫氣的制取和檢驗,酸的化學性質,書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式,氫氣的化學性質與燃燒實驗

專題：科學探究

分析：方案1 根據氧化亞銅和硫酸反應生成硫酸銅，硫酸銅溶液呈藍色進行解答；
方案2
（1）根據水的存在會對實驗結果造成影響來回答判斷；
（2）根據氫氣和氧化亞銅在加熱條件下生成銅和水進行解答；
方案3
（1）根據在空氣中高溫灼燒至質量恒定，這一步驟至少需稱量2次，加上前面的2次稱量，故該實驗方案最少得進行4次稱量進行解答．
（2）根據銅元素守恒計算得出正確結論．

解答：解：方案1 氧化亞銅和硫酸反應生成硫酸銅，硫酸銅溶液呈藍色，所以取該紅色固體加入適量稀H₂SO₄，實驗現象為溶液變?yōu)樗{色，結論為紅色固體中含有Cu₂O；
方案2
（1）根據硫酸銅是否變藍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：①②③；
（2）氫氣和氧化亞銅在加熱條件下生成銅和水，反應的化學方程式為H₂+Cu₂O

△   .

2Cu+H₂O；
方案3
（1）根據在空氣中高溫灼燒至質量恒定，這一步驟至少需稱量2次，加上前面的2次稱量，故該實驗方案最少得進行4次稱量進行解答．
（2）單質Cu在空氣中加熱生成CuO，CuO高溫灼燒會生成Cu₂O和O₂，因此最后坩堝中剩下的固體是Cu₂O，質量為（c-a）g，則Cu元素的質量=(c-a)g×

128

144

×100%，所取紅色固體的質量為（b-a）g，若紅色固體中有Cu₂O，即Cu和Cu₂O的混合物，那么紅色固體中Cu元素的質量應該小于（b-a）g，即(c-a)g×

128

144

×100%＜b-a，
解得c＜

9b-a

8

，故若紅色粉末中含有Cu₂O，則a、b與c的應符合的數學關系式為c＜

9b-a

8

．
方案1：溶液變?yōu)樗{色；
方案2：（1）①②③；
（2）H₂+Cu₂O

△   .

2Cu+H₂O；
方案3：（1）4；
（2）c＜

9b-a

8

．

點評：本題是一道性質實驗方案的設計考題，注意知識的遷移和應用是解題的關鍵，難度不大．