Question

【題目】在一些教科書上，氫氣還原氧化銅的實驗裝置如圖所示，有關(guān)的化學方程式為。某化學興趣小組在老師的指導下進行氫氣還原氧化銅實驗，請你參與他們的活動，并回答有關(guān)問題。

（實驗步驟）（1）按圖1連好實驗儀器，裝入藥品。

（2）先通入一會兒氫氣（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，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__________。

（實驗驗證）（1）甲同學取少量紅色固體裝入試管，加入足量稀硫酸，觀察到溶液變成藍色，且仍有紅色固體殘留，則認為猜想③成立。乙同學認為該實驗不能證明猜想③成立，因為______________。

（2）丙同學取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。請你據(jù)此猜想寫出對應(yīng)的氫氣還原氧化銅的化學方程式：_____________。

（拓展延伸）上述實驗裝置，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候排完不能及時知道，因而浪費氫氣。同學們在老師的指導下，對上述實驗裝置進行改進，改進裝置如圖2所示。

針對改進后的實驗裝置，下列有關(guān)說法正確的是________（填字母）。

A當注射器推入30mL氫氣時，裝置內(nèi)的空氣基本排盡

B實驗過程中，長柄U形玻璃管內(nèi)壁沒有水珠出現(xiàn)

C實驗結(jié)束后，點燃小氣球中收集的氣體，能聽到爆鳴聲

D該實驗裝置安全可靠，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】

實驗步驟：

（2）氫氣中混入空氣或氧氣時加熱極易發(fā)生爆炸，因此實驗開始時要先通入一會兒氫氣，以排盡試管里的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸。

（3）實驗結(jié)束時，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。

實驗驗證：

（1）對于甲同學的驗證實驗，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）針對丙同學的驗證實驗，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

丙同學實際得到的濾渣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。

因為氫氣還原氧化銅反應(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，由此可計算出反應(yīng)生成Cu和Cu2O的化學計算數(shù)之比為2：1，則氫氣還原氧化銅的化學方程式為。

拓展延伸：

改進后的實驗裝置具有“量化”設(shè)計，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，這樣就能及時知道容器內(nèi)的空氣是否排完，從而增強了實驗的安全性，并且節(jié)約了氫氣。在改進裝置中，容器內(nèi)的空氣被排入小氣球中，沒有反應(yīng)的氫氣也進入小氣球內(nèi)；在點燃小氣球中的尾氣時，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，不管固體產(chǎn)物是Cu還是Cu2O，氫氣都被氧化為水，因此實驗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。