Question

17．化學(xué)興趣小組的同學(xué)用電解水的方法測(cè)定水的組成后，提出問題：“測(cè)定水的組成還有其他的方法嗎？”經(jīng)過討論后，得到了肯定的答案．請(qǐng)你一起對(duì)此展開探究．

【設(shè)計(jì)方案】甲同學(xué)利用氫氣還原氧化銅的原理和上圖裝置及藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（操作規(guī)范）．
裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，洗氣瓶B中濃硫酸的作用為干燥氣體．
【實(shí)驗(yàn)探究】實(shí)驗(yàn)過程中觀察到C中黑色固體變?yōu)榧t色（填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），最終測(cè)得：①裝置C的玻璃管和其中固體的總質(zhì)量在反應(yīng)后減少了1.6g；②裝置D的干燥管和其中物質(zhì)的總質(zhì)量在反應(yīng)后增加了1.82g，用此數(shù)據(jù)算得水中H、O元素的質(zhì)量比為11：80，而由水的化學(xué)式算得H、O元素的質(zhì)量比為1：8．
【問題討論】針對(duì)上述結(jié)果與理論值有偏差，乙同學(xué)認(rèn)為：該裝置存在缺陷，此觀點(diǎn)得到了大家的認(rèn)同，你對(duì)此改進(jìn)的方法是在D裝置的后面，再連接一個(gè)D裝置，防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳對(duì)實(shí)驗(yàn)造成干擾（假設(shè)生成的水完全被D中堿石灰吸收，裝置內(nèi)空氣中的水蒸氣、CO₂忽略不計(jì)）．小組同學(xué)用改進(jìn)后的裝置重新實(shí)驗(yàn)得到了正確結(jié)果．
意外發(fā)現(xiàn)】丙同學(xué)不小心將反應(yīng)后的少量紅色固體a灑落到多量稀硫酸中了，發(fā)現(xiàn)除了有紅色固體b以外，溶液的顏色由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色．
【提出問題】銅與稀硫酸是不反應(yīng)的，這里溶液的顏色為什么會(huì)變藍(lán)呢？
【查閱資料】①CuO被還原的過程中會(huì)有Cu₂O生成，Cu₂O也能被還原成Cu；
②Cu₂O固體是紅色的，它與稀硫酸的反應(yīng)為：
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
得出結(jié)論】紅色固體a中含有Cu₂O．
【分析交流】紅色固體a中含有Cu₂O是否會(huì)影響水組成的測(cè)定結(jié)果不影響（填“影響”或“不影響”）．
【提出猜想】針對(duì)紅色固體a的成分，小組同學(xué)提出猜想①是：Cu₂O和Cu；猜想②是：
Cu₂O．
【定量分析】①小組同學(xué)再次實(shí)驗(yàn)，他們稱取質(zhì)量為3.6g的紅色固體a，與足量的稀硫酸完全反應(yīng)后，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、稱量后得到紅色固體b為2g．假如3.6g紅色固體a都是Cu₂O，請(qǐng)你計(jì)算生成銅的質(zhì)量（寫出計(jì)算過程）．
②請(qǐng)確定哪種猜想成立并說(shuō)明理由由于1.6g＜2g，紅色固體中一定含有Cu₂O和Cu，猜想①成立．

Answer 1

分析 【設(shè)計(jì)方案】根據(jù)鋅與稀硫酸的反應(yīng)寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式，根據(jù)濃硫酸具有吸水性分析濃硫酸的作用；
【實(shí)驗(yàn)探究】根據(jù)在加熱的條件下氫氣與氧化銅的反應(yīng)，分析實(shí)驗(yàn)過程中觀察到C中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，根據(jù)氧化銅減少的質(zhì)量和堿石灰增加的質(zhì)量進(jìn)行分析；
【問題討論】根據(jù)堿石灰能吸收空氣中的水分、二氧化碳等分析；
【分析交流】根據(jù)玻璃管中固體減少的質(zhì)量就是生成的水中氧元素的質(zhì)量，紅色固體a中含有Cu₂O不影響對(duì)水的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行分析；
【提出猜想】根據(jù)氧化銅被還原的生成物進(jìn)行猜想．
【定量分析】根據(jù)化學(xué)方程式和題中的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算可以確定紅色固體a的成分

解答 解：【設(shè)計(jì)方案】由裝置圖可知，裝置A中鋅與稀硫酸反應(yīng)生成了硫酸鋅和氫氣，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，由于濃硫酸具有吸水性，洗氣瓶B中濃硫酸的作用為干燥氣體．
【實(shí)驗(yàn)探究】由于在加熱的條件下，氫氣還原氧化銅生成了銅和水，所以，實(shí)驗(yàn)過程中觀察到C中黑色固體變?yōu)榧t色，通過題中的數(shù)據(jù)可知，裝置C的玻璃管和其中固體的總質(zhì)量在反應(yīng)后減少了1.6g，理論上為水中氧元素的質(zhì)量，裝置D的干燥管和其中物質(zhì)的總質(zhì)量在反應(yīng)后增加了1.82g即為水的質(zhì)量，用此數(shù)據(jù)算得水中H、O元素的質(zhì)量比為（1.82g-1.6g）：1.6g=11：80．
【問題討論】由于堿石灰能吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，該裝置存在缺陷，對(duì)此改進(jìn)的方法是：在D裝置的后面，再連接一個(gè)D裝置，防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳對(duì)實(shí)驗(yàn)造成干擾．
【分析交流】紅色固體a中含有Cu₂O不影響水測(cè)定結(jié)果，因?yàn)椴ＡЧ苤泄腆w減少的質(zhì)量就是生成的水中氧元素的質(zhì)量，和固體的成分無(wú)關(guān)；
【提出猜想】由于CuO被還原的過程中會(huì)有Cu₂O生成，Cu₂O固體是紅色的，Cu₂O也能被還原成Cu；所以，猜想②是：Cu₂O．
【定量分析】①設(shè)生成銅的質(zhì)量為x，則
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
144              64
3.6g            x
$\frac{144}{64}=\frac{3.6g}{x}$  解得：x=1.6g       
②由于1.6g＜2g，紅色固體中一定含有Cu₂O和Cu，故猜想①成立．
故答為：【設(shè)計(jì)方案】Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，干燥氣體；
【實(shí)驗(yàn)探究】黑色固體變?yōu)榧t色，11：80；
【問題討論】在D裝置的后面，再連接一個(gè)D裝置，防止空氣中的水蒸氣對(duì)實(shí)驗(yàn)造成干擾
【分析交流】不影響；
【提出猜想】Cu₂O；
【定量分析】①生成銅的質(zhì)量為1.6g；②由于1.6g＜2g，紅色固體中一定含有Cu₂O和Cu，故猜想①成立．

點(diǎn)評(píng) 通過計(jì)算可以確定物質(zhì)的組成，這是近年來(lái)�？嫉膬�(nèi)容之一，既是重點(diǎn)、又是難點(diǎn)，要仔細(xì)領(lǐng)會(huì)、全面掌握．