Question

19．某研究性學(xué)習(xí)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，邀請(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下圖裝置及藥品進(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中濃硫酸的作用為吸收水．

【實(shí)驗(yàn)探究】當(dāng)玻璃管中固體由黑色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色時(shí)，實(shí)驗(yàn)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①11：80，而由水的化學(xué)式算得H、O元素的質(zhì)量比為②1：8．
【分析交流1】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裝置后面再連接一個(gè)干燥管．
（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2】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；猜想②是：Cu₂O和Cu
【拓展探究】丁同學(xué)利用改進(jìn)后的裝置及藥品重新實(shí)驗(yàn)，通過測(cè)量反應(yīng)前后固體質(zhì)量的方法去確定哪種猜想成立，他已稱得：①玻璃管的質(zhì)量；②反應(yīng)前紅色固體a和玻璃管的總質(zhì)量，完全反應(yīng)后，你認(rèn)為他還需要稱量反應(yīng)后紅色固體a和玻璃管 的質(zhì)量．
【教師點(diǎn)撥】稱取一定質(zhì)量的紅色固體a與足量的稀硫酸充分反應(yīng)后，經(jīng)過濾、洗滌、干燥后再稱量紅色固體b的質(zhì)量，也可以確定哪種猜想成立．
【定量分析】小組同學(xué)再次實(shí)驗(yàn)，他們開始稱取質(zhì)量為3.6g的紅色固體a，與足量的稀硫酸完全反應(yīng)后得到紅色固體b為2g．請(qǐng)通過計(jì)算說明，哪個(gè)猜想成立．
【拓展探究】他還需要稱量反應(yīng)后紅色固體和玻璃管的總質(zhì)量．

Answer 1

分析 根據(jù)鋅能和稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)，濃硫酸具有吸水性進(jìn)行分析；
根據(jù)空氣中含有水和二氧化碳進(jìn)行分析；
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；
根據(jù)玻璃管的質(zhì)量，反應(yīng)前后紅色固體a和玻璃管的總質(zhì)量都已經(jīng)稱量，如果再知道生成水的質(zhì)量，就可以確定紅色固體a的成分進(jìn)行分析．

解答 解：【設(shè)計(jì)方案】鋅和稀硫酸反應(yīng)能生成硫酸鋅和氫氣，化學(xué)方程式為：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；洗氣瓶B中濃硫酸的作用是吸收水；
【實(shí)驗(yàn)探究】用此數(shù)據(jù)算得水中氧元素的質(zhì)量是1.6g，氫元素的質(zhì)量是1.82g-1.6g=0.22g，則水中H、O元素的質(zhì)量比為：0.22g：1.6g=11：80，由水的化學(xué)式算得H、O元素的質(zhì)量比為：（1×2）：（16×1）=1：8；
【分析交流】因?yàn)榭諝庵械乃�、二氧化碳進(jìn)入了干燥管，影響了結(jié)果，所以應(yīng)該在D裝置后面再連接一個(gè)干燥管，這樣能夠防止空氣中的水和二氧化碳進(jìn)入D中；
【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，和固體的成分無關(guān)；
【提出猜想】氧化銅、銅都是紅色的，所以猜想②應(yīng)該是Cu₂O和Cu；
【拓展猜想】因?yàn)橥耆�反�?yīng)后銅的質(zhì)量通過稱量可以計(jì)算出來，如果知道反應(yīng)生成的水的質(zhì)量，根據(jù)化學(xué)方程式可以求出反應(yīng)生成銅的質(zhì)量，再和通過稱量計(jì)算出的銅的質(zhì)量比較，就可以確定固體的組成，因此還需要稱量反應(yīng)后紅色固體a和玻璃管的質(zhì)量．
【定量分析】設(shè)3.6g紅色固體a都是Cu₂O，則完全反應(yīng)后生成銅的質(zhì)量為X，
Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O
 144            64
 3.6g           x
$\frac{144}{64}$=$\frac{3.6}{x}$
x=1.6g
與得到的紅色固體2g不符，說明紅色固體中含有氧化亞銅和銅．
所以猜想②成立．
故答案為：【設(shè)計(jì)方案】Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；吸收水；
【實(shí)驗(yàn)探究】11：80，1：8；
【分析交流】在D裝置后面再連接一個(gè)干燥管；
【分析交流】不影響；
【提出猜想】Cu₂O和Cu；
【拓展猜想】反應(yīng)后紅色固體a和玻璃管的質(zhì)量．
【定量分析】猜想②．

點(diǎn)評(píng) 通過計(jì)算可以確定物質(zhì)的組成，這是近年來�？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．