Question

7．某化學興趣小組將鐵粉投入硫酸銅溶液中，發(fā)現(xiàn)生成紅色固體物質的同時有氣泡放出．生成的是什么氣體呢？同學們決定進行探究．
提示：該反應生成的氣體只有一種，硫酸銅溶液中可能混有硫酸．
【提出猜想】①生成的氣體可能是SO₂或O₂或H₂．
【查閱資料】①SO₂與二氧化碳化學性質相似，如：它也能使澄清的石灰水變渾濁．
②濃硫酸具有強烈的吸水性，可做氣體的干燥劑．
③H₂與CO均可以還原金屬氧化物．
【方案設計】甲同學設計了如下實驗方案，驗證猜想的氣體．甲同學認為：若觀察到A中石灰水變渾濁，則氣體為SO₂．若觀察到C中紅色的銅網變黑，則氣體為O₂．
【實驗探究】
①實驗開始時，應先將收集到的氣體從a處通入一段時間后，再點燃c處酒精燈．這樣操作的目的是排盡裝置內的空氣，防止氣體不純發(fā)生爆炸．
②實驗過程中發(fā)現(xiàn)A裝置中溶液不變渾濁，C裝置中表面含CuO的銅網由黑色變?yōu)楣饬恋募t色，試管壁上有水滴生成；
【實驗結論】生成的氣體是氫氣．
【實驗反思】乙同學認為甲同學的實驗方案操作復雜，他只需一盒火柴即可確定該氣體成分．你認為乙同學的實驗方法是收集一瓶氣體，將燃著的火柴伸入瓶中，若火柴熄滅，則為SO₂；若火柴燃燒更旺，則為O₂；若氣體被點燃，則為H₂．
【拓展延伸】將氯化鈣和碳酸鈣的混合物14.4g放入140g稀鹽酸中，恰好完全反應，所得不飽和溶液的質量為150g，計算：反應后溶液中溶質的質量分數(shù)？（寫出具體的計算過程）

Answer 1

分析 【方案設計】根據(jù)二氧化硫和氫氧化鈣溶液反應微溶于水的亞硫酸鈣和水以及氧氣和銅反應生成黑色的氧化銅進行解答；
【實驗探究】①根據(jù)該實驗中氫氣屬于可燃性氣體，不純加熱可能會發(fā)生爆炸進行解答；
【實驗結論】①根據(jù)實驗現(xiàn)象可知該氣體是氫氣進行解答；
②根據(jù)鐵和硫酸銅溶液反應生成銅和硫酸亞鐵進行解答；
【實驗反思】根據(jù)二氧化硫不燃燒也不支持燃燒，能使燃著的木條熄滅；氧氣具有助燃性，能使燃著的木條燃燒更旺；氫氣具有可燃性，能燃燒進行解答；
【拓展延伸】根據(jù)質量守恒定律計算生成二氧化碳的質量；根據(jù)化學方程式利用生成的二氧化碳的質量計算出混合物中碳酸鈣的質量和生成的氯化鈣的質量，溶質有兩部分，一是生成的氯化鈣，一是原混合物中的氯化鈣，原混合物中的氯化鈣可以用混合物的質量減去碳酸鈣的質量獲得，最后利用質量分數(shù)公式計算即可．．

解答 解：【方案設計】二氧化硫和氫氧化鈣溶液反應微溶于水的亞硫酸鈣和水，所以如果A中石灰水變渾濁，則氣體為SO₂；氧氣和銅反應生成黑色的氧化銅，所以如果C中紅色的銅網變黑，則氣體為O₂；
【實驗探究】①該實驗中氫氣屬于可燃性氣體，不純加熱可能會發(fā)生爆炸，所以實驗開始時，應先將收集到的氣體從a處通入一段時間后，再點燃C處酒精燈；
【實驗結論】實驗過程中發(fā)現(xiàn)A裝置中溶液不變渾濁，說明不是二氧化硫，C裝置中表面含CuO的銅網由黑色變?yōu)楣饬恋募t色，試管壁上有水滴生成，所以鐵粉與該硫酸銅溶液反應時，產生的氣體是氫氣；
【實驗反思】二氧化硫不燃燒也不支持燃燒，能使燃著的木條熄滅；氧氣具有助燃性，能使燃著的木條燃燒更旺；氫氣具有可燃性，能燃燒，所以乙同學的實驗方案是收集一瓶氣體，將燃著的火柴伸入瓶中，若火柴熄滅，則為SO₂；若火柴燃燒更旺，則為O₂；若氣體被點燃，則為H₂；
【拓展延伸】
故答案為：
【方案設計】A中石灰水變渾濁；C中紅色的銅網變黑；
【實驗探究】排盡裝置內的空氣，防止氣體不純發(fā)生爆炸；
【實驗結論】氫氣；
【實驗反思】收集一瓶氣體，將燃著的火柴伸入瓶中，若火柴熄滅，則為SO₂；若火柴燃燒更旺，則為O₂；若氣體被點燃，則為H₂；
【拓展延伸】根據(jù)質量守恒定律，生成二氧化碳的質量=14.4g+140g-150g=4.4g；
（2）設原混合物中含有碳酸鈣的質量為x，生成氯化鈣的質量為y，則
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100        111       44
x          y        4.4g

$\frac{100}{x}$=$\frac{44}{4.4g}$，解得x=10g；

$\frac{111}{y}$=$\frac{44}{4.4g}$，解得y=11.1g；
反應后所得溶液中溶質的質量分數(shù)是$\frac{11.1g+（14.4g-10g）}{150g}$×100%=10.3%．
答：反應后所得溶液中溶質的質量分數(shù)是10.3%．

點評 本題主要考查化學實驗的方案設計與評價，在解此類題時，首先分析題中考查的問題，然后結合所給的知識和學過的知識進行分析解答．