Question

某校三個研究性學習小組對“葡萄糖溶液與新制的氫氧化銅懸濁液作用得到的磚紅色沉淀是Cu₂O”提出質疑．
（1）甲小組認為紅色沉淀不一定是Cu₂O，為此展開了確定紅色沉淀成分的研究．
步驟一：提出假設：：

 

．
步驟二：查閱資料．得出：①+1價的銅在酸性條件下易發生自身氧化還原反應；
②在空氣中灼燒氧化亞銅生成氧化銅．
步驟三：設計方案、實驗．
A．取該紅色沉淀溶于足量的稀硝酸中，觀察溶液顏色變化
B．取該紅色沉淀溶于足量的稀硫酸中，觀察是否有殘渣
C．取該紅色沉淀ag，在空氣中充分灼燒至完全變黑，放在干燥器里冷卻，再稱重，反復多次至固體恒重，稱得質量為bg，比較a，b的關系
D．取該紅色沉淀裝入試管里，加入酸化的硝酸銀溶液，觀察是否有銀白色沉淀析出．
你認為合理的方案是（填字母）

 

．
（2）乙小組針對甲小組的假設，另設計如圖裝置進行驗證．

若按乙組裝置定性檢驗上述紅色沉淀成分，可根據

 

現象的發生與否即可判斷．
若按乙組裝置定量測定上述紅色沉淀的成分，你認為理論上應該測定下列哪些物理量

 

（填序號）．
①通入氫氣的體積；
②反應前紅色沉淀和硬質玻管的總質量；
③完全反應后紅色固體和硬質玻璃管的總質量；
④實驗前干燥管質量；
⑤硬質玻璃管質量；
⑥鋅粒質量；
⑦稀硫酸中含溶質的量；
⑧實驗后干燥管質量
該實驗裝置中距實際可行性方面存在的缺陷有

 

、

 

（請寫出兩點）．

Answer 1

分析：（1）步驟一，假設：緊緊圍繞“紅色”來猜想，因為銅也是紅色的，所以紅色沉淀可能是Cu、Cu₂O或者二者混合物；
方案A：于Cu、Cu₂O都能與稀硝酸反應，進行分析；
方案B：Cu₂O與稀硫酸反應有Cu生成，有殘渣，Cu不與稀硫酸反應有殘渣，進行解答；
方案C：銅在空氣中灼燒生成CuO，Cu₂O在空氣中灼燒也生成氧化銅，但兩者增加的質量不同；用極值法進行分析解答；
方案D：酸化的硝酸銀溶液相當于稀硝酸，銅無法與銀離子反應；
（2）鋅和稀硫酸反應生成氫氣，通過玻璃管能發生反應生成水和紅色銅，無水硫酸銅變藍證明生成水，證明氫氣還原的是氧化亞銅固體；
解答此題時，應知道測定的原理；用此裝置測定物質組成通常在如下兩種途徑：
氫氣與Cu₂O反應的化學方程式為：Cu₂O+H₂

△   .

2Cu+H₂O，結合裝置圖和化學方程式，硬質玻璃管+其中固體在反應前后質量差是Cu₂O中O的質量，通過氧的質量可求出Cu₂O的質量，再進一步判斷是否含有Cu；一般不用測氫氣的體積、鋅粒、稀硫酸中溶質的方法，因為在用氫氣還原金屬氧化物時，通常需要先通一段時間氫氣，反應后還要再通一段時間氫氣，再加上氫氣并不都能與金屬氧化物反應，部分氫氣會白白浪費掉，所以實際參加反應氫氣的量很難測定；
該實驗裝置中距實際可行性方面存在的缺陷從發生裝置產生的氫氣中含有水、硬質玻管內水分很難全部被潮濕堤氫氣趕盡，外界空氣中的水蒸氣也會被無水硫酸銅吸收等考慮．

解答：解：（1）步驟一、緊緊圍繞“紅色”來猜想，因為銅也是紅色的，所以紅色沉淀可能是Cu、Cu₂O或者二者混合物，假設①：紅色沉淀成分為Cu；假設②：紅色沉淀成分為Cu₂O；假設③：紅色沉淀成分為Cu和Cu₂O，
故答案為：假設①：紅色沉淀成分為Cu，假設②：紅色沉淀成分為Cu₂O，假設③：紅色沉淀成分為Cu和Cu₂O；
步驟三、方案A：由于Cu、Cu₂O都能與稀硝酸反應，得到藍色溶液，所以方案A不行；
方案B：Cu₂O與稀硫酸反應有Cu生成，有殘渣，Cu不與稀硫酸反應有殘渣，所以方案B不行；
方案C：銅在空氣中灼燒生成CuO，Cu₂O在空氣中灼燒也生成氧化銅，但兩者增加的質量不同．
agCu在空氣中灼燒，完全反應后質量變為

5

4

ag，agCu₂O在空氣中灼燒，完全反應后質量變為

10

9

ag，所以ag紅色沉淀在空氣中灼燒完全反應后，當b為

5

4

ag時紅色沉淀Cu；當b為

10

9

ag，時紅色沉淀 Cu₂O；當

10

9

a g＜b＜

5

4

a g，時紅色沉淀為兩者混合物，所以方案C合理，
方案D：取紅色固體沉淀裝入試管里，加入酸化的硝酸銀溶液，銅和稀硝酸反應，銅無法與銀離子反應，所以方案D不行；
故答案為：C；
（2）若按乙組裝置定性檢驗上述紅色沉淀成分，鋅和稀硫酸反應生成氫氣，通過玻璃管能發生反應生成水和紅色銅，無水硫酸銅變藍證明生成水，證明氫氣還原的是氧化亞銅固體；
若按乙組裝置定量測定上述紅色沉淀的成分，氫氣與Cu₂O反應的化學方程式為：Cu₂O+H₂

△   .

2Cu+H₂O，結合裝置圖和化學方程式，硬質玻璃管+其中固體在反應前后質量差是Cu₂O中O的質量，通過氧的質量可求出Cu₂O的質量，再進一步判斷是否含有Cu；一般不用測氫氣的體積、鋅粒、稀硫酸中溶質的方法，因為在用氫氣還原金屬氧化物時，通常需要先通一段時間氫氣，反應后還要再通一段時間氫氣，再加上氫氣并不都能與金屬氧化物反應，部分氫氣會白白浪費掉，所以實際參加反應氫氣的量很難測定，此法需要測定的數據：②③⑤，
該實驗裝置中距實際可行性方面存在的缺陷，發生裝置產生的氫氣中含有水、硬質玻管內水分很難全部被潮濕堤氫氣趕盡、外界空氣中的水蒸氣也會被無水硫酸銅吸收；
故答案為：硬質玻管中有水生成或干燥管內白色粉末變藍；②③⑤；發生裝置產生的氫氣中含有水、硬質玻管內水分很難全部被潮濕堤氫氣趕盡、外界空氣中的水蒸氣也會被無水硫酸銅吸收．

點評：本題主要考查了一些實驗操作，物質性質的分析應用，掌握實驗的原理及正確的操作是解題的關鍵，題目難度中等．