Question

【題目】在一些教科書上，氫氣還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，有關(guān)的化學(xué)方程式為。某化學(xué)興趣小組在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你參與他們的活動(dòng)，并回答有關(guān)問題。

（實(shí)驗(yàn)步驟）（1）按圖1連好實(shí)驗(yàn)儀器，裝入藥品。

（2）先通入一會(huì)兒氫氣（目的是________），再加熱氧化銅。

（3）觀察到試管里的氧化銅全部由黑色變?yōu)榧t色，即可停止加熱，再_______至試管冷卻至室溫為止。

（提出問題）試管里生成的紅色固體全部是金屬銅嗎？

（查閱資料）①氫氣還原氧化銅時(shí)，如果反應(yīng)不徹底，紅色固體還可能是Cu2O。

②Cu和Cu2O都是不溶于水的紅色固體，且。

（作出猜想）

猜想①：紅色固體中只有Cu；

猜想②：紅色固體中只有Cu2O；

猜想③：紅色固體中有__________。

（實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）（1）甲同學(xué)取少量紅色固體裝入試管，加入足量稀硫酸，觀察到溶液變成藍(lán)色，且仍有紅色固體殘留，則認(rèn)為猜想③成立。乙同學(xué)認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)不能證明猜想③成立，因?yàn)?/span>______________。

（2）丙同學(xué)取3.4g紅色固體加入足量的稀硫酸中，充分反應(yīng)后過濾，將濾渣洗滌、干燥后，稱其質(zhì)量為2.4g，則猜想_________成立。請(qǐng)你據(jù)此猜想寫出對(duì)應(yīng)的氫氣還原氧化銅的化學(xué)方程式：_____________。

（拓展延伸）上述實(shí)驗(yàn)裝置，將沒有反應(yīng)的氫氣直接排放到空氣中，存在安全隱患。另外，試管里的空氣什么時(shí)候排完不能及時(shí)知道，因而浪費(fèi)氫氣。同學(xué)們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下，對(duì)上述實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)裝置如圖2所示。

針對(duì)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置，下列有關(guān)說法正確的是________（填字母）。

A當(dāng)注射器推入30mL氫氣時(shí)，裝置內(nèi)的空氣基本排盡

B實(shí)驗(yàn)過程中，長柄U形玻璃管內(nèi)壁沒有水珠出現(xiàn)

C實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，點(diǎn)燃小氣球中收集的氣體，能聽到爆鳴聲

D該實(shí)驗(yàn)裝置安全可靠，節(jié)約氫氣

Answer 1

【答案】排盡試管里的空氣（或防止加熱時(shí)發(fā)生爆炸） 繼續(xù)通入氫氣 Cu和Cu2O 猜想②也能出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象 ③ ACD

【解析】

實(shí)驗(yàn)步驟：

（2）氫氣中混入空氣或氧氣時(shí)加熱極易發(fā)生爆炸，因此實(shí)驗(yàn)開始時(shí)要先通入一會(huì)兒氫氣，以排盡試管里的空氣，防止加熱時(shí)發(fā)生爆炸。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，要先停止加熱，再繼續(xù)通入氫氣至試管冷卻至室溫為止，使還原出來的熾熱的銅粉（或氧化亞銅）在氫氣流中得到冷卻而不會(huì)被空氣中的氧氣所氧化。

作出猜想：

根據(jù)題給的猜想①②可知，猜想③是它們的組合，即紅色固體中含有Cu和Cu2O。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

（1）對(duì)于甲同學(xué)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，只能說明紅色固體中一定含有Cu2O，即排除了猜想①，而猜想②、猜想③都有可能。

（2）針對(duì)丙同學(xué)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，假設(shè)3.4g紅色固體全部是Cu2O，設(shè)反應(yīng)后殘留的濾渣質(zhì)量為x。

x≈1.51g

丙同學(xué)實(shí)際得到的濾渣2.4g>1.51g，說明原3.4g紅色固體中不全是Cu2O，還一定含有Cu，即猜想③成立。

因?yàn)闅錃膺�原氧化銅反應(yīng)的固體產(chǎn)物中既有Cu又有Cu2O，所以設(shè)3.4g紅色固體中銅的質(zhì)量為m，則有Cu2O的質(zhì)量為（3.4-m）g，Cu2O與硫酸反應(yīng)生成Cu的質(zhì)量為（2.4-m）g，則由Cu2O與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式可得，m=1.6，即H2還原氧化銅生成Cu 和Cu2O的質(zhì)量比為1.6g：1.8g=8：9，由此可計(jì)算出反應(yīng)生成Cu和Cu2O的化學(xué)計(jì)算數(shù)之比為2：1，則氫氣還原氧化銅的化學(xué)方程式為。

拓展延伸：

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置具有“量化”設(shè)計(jì)，特殊構(gòu)造的長柄U形玻璃管的容積是30mL，如果通入30mL氫氣就基本上可以排盡其中的空氣，這樣就能及時(shí)知道容器內(nèi)的空氣是否排完，從而增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的安全性，并且節(jié)約了氫氣。在改進(jìn)裝置中，容器內(nèi)的空氣被排入小氣球中，沒有反應(yīng)的氫氣也進(jìn)入小氣球內(nèi)；在點(diǎn)燃小氣球中的尾氣時(shí)，氫氣與空氣中的氧氣在有限空間里發(fā)生劇烈反應(yīng)，引起氣體體積急劇膨脹，因而發(fā)出爆鳴聲。氫氣還原氧化銅時(shí)，不管固體產(chǎn)物是Cu還是Cu2O，氫氣都被氧化為水，因此實(shí)驗(yàn)過程中可以觀察到長柄U形玻璃管內(nèi)壁有水珠出現(xiàn)，故ACD正確。