Question

甲同學(xué)設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)制取氧氣和氧化銅。

（1）制取氧氣

①用20％的H₂O₂溶液，通過(guò)反應(yīng)2H₂O₂MnO22H₂O＋O₂↑來(lái)制取氧氣，則在下列A、B、C三裝置中最佳裝置是______

 

   ②與氣體發(fā)生裝置相連接的D裝置的導(dǎo)管口是______

   ③為了能使產(chǎn)生的氧氣被充分干燥，可采取的操作是

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（2）制取氧化銅

將m g銅粉在氧氣流中加熱到高溫，使銅粉全部氧化，得n g粉末X。乙同學(xué)查閱資料知：銅與氧氣的反應(yīng)有：①2Cu＋O₂△\s\up2 (——2CuO，②4CuO＞1000℃2Cu₂O＋O₂↑；在酸性條件下：2Cu^＋(aq)——Cu(s)＋

Cu^2＋(aq)。由此得出結(jié)論：銅雖然全部氧化，但由于加熱溫度偏高，產(chǎn)物并不一定是純CuO，可能含有一定量的氧化亞銅（Cu₂O）。

（3）探究銅的氧化物的成分

為測(cè)定粉末X中是否含有Cu₂O，甲、乙、丙三同學(xué)分別設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案。

甲同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案是：向粉末X加入稀硫酸，若有                    ，則說(shuō)明固體中含有Cu₂O。

乙同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案是：再將粉末X放入氧氣中加熱，如果其質(zhì)量增加，則說(shuō)明其中含有Cu₂O。

丙同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案是：通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就可以確定粉末X的成分。

若n的取值范圍是     ≤n＜_____，則粉末X中含有Cu₂O，其物質(zhì)的量是___________。

請(qǐng)你再設(shè)計(jì)一個(gè)與上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)方案中現(xiàn)象不同的實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)對(duì)化學(xué)反應(yīng)和對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析來(lái)確定粉末X中是否含有Cu₂O。寫(xiě)出該實(shí)驗(yàn)中離子反應(yīng)的方程式。

Answer 1

（1）①B （2分） ②b（1分）  ③控制分液漏斗活塞，讓液體慢慢滴入燒瓶中，使產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄟ^(guò)D裝置（2分）。

（3）紅色不溶于水的固體生成（1分）；  ≤n＜（1分）；mol（1分）

向粉末x中加入足量濃HNO₃，若有紅棕色氣體產(chǎn)生，則說(shuō)明固體中含有Cu₂O（2分）；反應(yīng)的離子方程式為：CuO+2H^＋=Cu^2＋+H₂O，Cu₂O+6H^＋+2-3=2Cu^2＋+2NO₂↑+3H₂O（2分）

關(guān)于元素化合物的試題，還要注意從框圖中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從物質(zhì)間的關(guān)系上發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，有變價(jià)、既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)的物質(zhì)在試題中往往成為熱點(diǎn)，要注意它們的特點(diǎn)。如我市在一模及其反饋考試、二模中考過(guò)的試題外（請(qǐng)?jiān)購(gòu)?fù)習(xí)），還要注意氧化還原反應(yīng)在元素推斷中的體現(xiàn)。

解析:

（1）①根據(jù)反應(yīng)原理中反應(yīng)物的狀態(tài)（固體+液體）和反應(yīng)條件（不需要加熱）可以排除A（A裝置適合于固體物質(zhì)加熱），而C中固體與液體直接混合，難以控制反應(yīng)中氣體產(chǎn)生的速率和量，因而最佳裝置為B。從實(shí)驗(yàn)要求上講，凡是有毒的氣體、反應(yīng)速率較高的氣體的制備，一般都要求反應(yīng)可控，方法是控制液體加入量。再，水浴加熱也是控制反應(yīng)的一種方法。要注意的是，固體與液體的反應(yīng)，一般要求是先加固體再加液體，否則反應(yīng)將失去控制，如氫氧化鈉固體與氨水的反應(yīng)。

②反應(yīng)產(chǎn)生的O₂中可能混有水蒸氣雜質(zhì)，除去水蒸氣時(shí)應(yīng)從D裝置的b口進(jìn)，即“長(zhǎng)進(jìn)短出”。如果反過(guò)來(lái)，成了得排液裝置，常用于量氣體的體積。

③要使產(chǎn)生的氧氣被充分干燥，一般有兩種方案，一是通過(guò)操作的控制來(lái)控制反應(yīng)速率，即控制分液漏斗的活塞，讓液體慢慢滴入燒瓶中，使反應(yīng)中產(chǎn)生的O₂緩慢通過(guò)D裝置，與濃H₂SO₄充分接觸而被干燥，這是本題的答案。再一種方案是通過(guò)改造儀器裝置，增大氣體與濃硫酸的接觸面積。通常的作法是在導(dǎo)管口接上一個(gè)多孔的小空心球，形狀見(jiàn)右圖，此物曾在高考中考過(guò)。

以上屬于實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)操作方面的內(nèi)容，此次考查這部分內(nèi)容也是對(duì)我市前幾次實(shí)驗(yàn)考查內(nèi)容的補(bǔ)全。

（3）甲同學(xué)的方案是直接應(yīng)用信息，對(duì)方程式進(jìn)行分析的結(jié)果――酸性條件――加入稀H₂SO₄――有金屬銅產(chǎn)生――若反應(yīng)中若有紅色不溶固體生成，則說(shuō)明固體中含有Cu₂O。

丙同學(xué)方案的計(jì)算核心是銅守恒，n(Cu)—— n(CuO)——2 n(Cu₂O)。

若X全部為Cu₂O，則粉末X質(zhì)量為：××144——g；

若X全部為CuO，則粉末X質(zhì)量為：×80——g。

因而，n的取值范圍是≤n＜（有可能完全是氧化銅，所以用≤；既然含有Cu₂O就不可能完全是CuO，所以用＜）。

n(Cu₂O)的計(jì)算方法：在化學(xué)中計(jì)算一般是列等式，實(shí)際上就是等量，就是守恒的一種表達(dá)形式。在本題中一是有銅守恒，二是有銅的兩種氧化物的質(zhì)量等于n g。所以有

解得：n(Cu₂O)—— mol。

新的實(shí)驗(yàn)方案應(yīng)該用新的思路。一般人們的思路是看信息表面（如甲同學(xué)），但是，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)首先要的就是被檢驗(yàn)物質(zhì)的性質(zhì)。化學(xué)性質(zhì)主要有兩類，一類是從酸、堿、鹽的角度去考慮，甲同學(xué)已經(jīng)考慮過(guò)了。二是從氧化還原反應(yīng)角度去考慮，亞銅中銅是＋1價(jià)，所以有還原性，所以可以用氧化劑反應(yīng)，只有要明顯的顏色變化就行。所以用答案：向粉末x中加入足量濃HNO₃，若有紅棕色氣體產(chǎn)生，則說(shuō)明固體中含有Cu₂O。該實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是有明顯的現(xiàn)象。另外兩種情況的考慮：①用酸性高錳酸鉀溶液。如果粉末中氧化亞銅的含量少，不能使其全部褪色，就很難下結(jié)論。②用氯化鐵溶液。由于氯化鐵溶液是強(qiáng)酸性的，當(dāng)與CuO反應(yīng)pH升高到一定程度時(shí)，氯化鐵的水解作用就會(huì)產(chǎn)生紅褐色沉淀，而自身顏色也褪去，所以無(wú)法判斷。再：用稀濃硝酸也是一種選擇，但考慮產(chǎn)生要與CuO反應(yīng)，一定會(huì)大量消耗硝酸，另外從還原產(chǎn)生的氣體題看，產(chǎn)生NO的量NO₂量的三分之一，既使變紅棕色也不如濃硝酸明顯。

應(yīng)該說(shuō)，新實(shí)驗(yàn)方案如果是憑印象選擇了濃硝酸說(shuō)明元素知識(shí)比較熟練，但如果是從氧化還原反應(yīng)的觀點(diǎn)來(lái)分析和選擇的話，說(shuō)明了一定的化學(xué)境界。

本題從知識(shí)的角度講，考查了銅及其重要化合物的性質(zhì)，考查了硝酸的性質(zhì)，考查了離子方程式的書(shū)寫(xiě)。從化學(xué)思想方法角度講，考查了對(duì)氧化還原反應(yīng)原理的理解與應(yīng)用。從能力角度講，考查了接受并應(yīng)用新信息的能力，符合考試說(shuō)明的要求。

需要再說(shuō)的幾點(diǎn)：①如果僅是描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的話，應(yīng)該說(shuō)到粉末逐漸溶解，溶液逐漸變?yōu)榫G色。

 ②本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，所以結(jié)論應(yīng)該是兩種情況，如果是…，如果不是…。但在本題中前三個(gè)同學(xué)的方案已經(jīng)給了模式，此問(wèn)只要說(shuō)出有Cu₂O的現(xiàn)象就行了。