Question

20．探究一：為除去銅片中混有的少量鐵片，并測定該混合物中鐵的質量分數，現有如下A、B兩組實驗方案．
A：稱取一定質量的樣品$\frac{加入足量的稀鹽酸}{攪拌}$過濾、洗滌、干燥、稱量所得固體質量
B：稱取一定質量的樣品$\frac{加入足量的硫酸銅溶液}{攪拌}$過濾、洗滌、干燥、稱量所得固體質量
（1）兩種方案，你認為不能達到目的是B（填“A”或“B”），理由是生成的銅蓋在鐵片表面，使鐵不能完全反應．
（2）在你所選取的方案中，若采用加熱烘干的方式干燥濾渣，會導致測定的鐵的質量分數偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”、“不變”或“無法判斷”）．
探究二：某化學實驗小組同學將鐵粉投入硫酸銅溶液中，發(fā)現生成紅色固體物質的同時有較多的氣泡放出．生成的是什么氣體呢？同學們決定進行探究．探究前老師提示，該反應生成的氣體只有一種．
【提出猜想】放出的氣體可能是SO₂、O₂、H₂，提出猜想的依據是質量守恒定律．
【查閱資料】SO₂易溶于水，化學性質與二氧化碳有相似之處，它能使澄清石灰水變渾濁，生成CaSO₃．
【方案設計】依據上述猜想，實驗小組同學分別設計了如下方案：
（1）甲同學認為是O₂，則檢驗方法是用帶火星的木條．
（2）乙同學認為是SO₂，則只需將放出的氣體通入澄清石灰水中，看澄清石灰水是否變渾濁．寫出SO₂與Ca（OH）₂反應的化學方程式SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃+H₂O．
（3）實驗小組同學合作設計了如下組合實驗方案，排除和驗證猜想的氣體．

實驗過程中發(fā)現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．
【實驗結論】鐵粉與硫酸銅溶液反應時，產生的氣體是H₂．
探究三：在銅的冶煉史中我國勞動人民有一項重大發(fā)明是“濕法冶金”．在五千年前我國勞動人民還會使用木炭煉銅．在化學實驗室里模擬煉銅，既可用傳統的實驗裝置（見圖甲），又能用改進的微型實驗裝置（見圖乙）．化學興趣小組采用圖乙裝置，開展以下探究活動：
【提出問題】木炭與CuO反應所得紅色固體中含有什么物質？

【查閱資料】
（1）木炭與CuO的反應是：C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑，若該反應進行的不徹底，產物中還有氧化亞銅（Cu₂O）
（2）Cu₂O是紅色固體，能與稀硫酸反應：Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O
作出猜想】紅色固體的成分：
①全部是Cu；②全部是Cu₂O；③是Cu和Cu₂O的混合物．
【實驗探究】
（1）取木炭、CuO兩種黑色粉末適量，再取少許CaCl₂（能降低反應溫度，加快反應速率）均勻混合，然后將黑色粉末裝入長柄V形玻璃管的直管內．
（2）按圖乙連好實驗裝置，然后加熱反應物；2分鐘后，黑色粉末出現紅熱現象，同時澄清的石灰水變渾濁，此時停止加熱．
（3）待玻璃管冷卻后，提取里面的紅色固體，進行如下的驗證：

步驟	現象	結論
①取1.44g紅色固體裝入試管，滴入足量的稀硫酸，充分反應	紅色固體部分減少，溶為變?yōu)樗{色	猜想①錯誤
②濾出試管中殘留的紅色固體，洗滌干燥，稱其質量為1.04g	/	猜想②正確

【評價反思】
使用圖乙裝置與使用圖甲裝置相比，其優(yōu)點是節(jié)約藥品（寫出1條即可）．

Answer 1

分析 探究一：（1）鐵與硫酸銅反應時生成的銅會附著在鐵的表面，使反應不能徹底進行．
（2）銅在高溫下會與氧氣反應，烘干后質量增大；
探究二：提出猜想：進行猜想要考慮到反應前后元素種類不變；
【方案設計】（1）根據質量守恒定律考慮；
（2）根據題中信息結合化學方程式的寫法考慮；
結論：根據實驗現象分析實驗結論；
探究三：【作出猜想】根據兩種物質都有考慮；
【實驗探究】
（2）據反應C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑可知，反應過程中有二氧化碳產生，故石灰水會變渾濁；
（3）據紅色固體部分減少，推測含有Cu₂O；據銅的質量推測原固體中含有銅單質；
【評價反思】微型實驗裝置藥品用量較少，節(jié)約藥品．

解答 解：
探究一：（1）鐵與硫酸銅反應時生成的銅會附著在鐵的表面，使反應不能徹底進行，所以B方案不能達到目的．
（2）銅在高溫下會與氧氣反應生成氧化銅，烘干后質量增大，會導致測定的鐵的質量分數 偏��；
探究二：鐵粉投入硫酸銅溶液中，反應前含有S、O、H、Cu元素，依據質量守恒定律可以得出猜想；
【方案設計】（1）氧氣具有助燃性，可以通過檢驗氣體的助燃效果進行判斷；
故為：用帶火星的木條檢驗，看木條是否復燃；
（2）二氧化硫和氫氧化鈣反應會生成亞硫酸鈣和水；化學方程式為：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃↓+H₂O；
結論：A裝置中溶液不變渾濁，說明沒有二氧化硫，H₂可以使CuO還原成紅色的Cu，故產生的氣體為氫氣；
探究三：【作出猜想】紅色固體的成分：③既有Cu也有Cu₂O．
【實驗探究】
（2）據反應C+2CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑可知，反應過程中有二氧化碳產生，故石灰水會變渾濁；
（3）紅色固體部分減少，推測含有Cu₂O，故滴入的應是稀硫酸，氧化亞銅與稀硫酸反應生成硫酸銅、銅和水，故溶液變?yōu)樗{色，所以猜想①錯誤；
由化學方程式Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O知，每144份質量的氧化亞銅反應會生成64份質量的銅，若有1.44g的氧化亞銅反應會生成0.64g的銅，而實際收集到的銅的質量為1.04g，故1.44g是氧化亞銅和銅的混合物．
【評價反思】微型實驗裝置藥品用量較少，節(jié)約藥品；
故答案為：
探究一：（1）B；生成的銅蓋在鐵片表面，使鐵不能完全反應；
（2）偏小；
探究二：【提出猜想】質量守恒定律（或元素守恒）；
【方案設計】（1）用帶火星的木條；
（2）SO₂+Ca（OH）₂═CaSO₃+H₂O；
【實驗結論】H₂；
探究三：【作出猜想】③是Cu和Cu₂O的混合物；
【實驗探究】（2）變渾濁（3）稀硫酸；藍；①；②
【評價反思】節(jié)約藥品（或節(jié)約能源等）．

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．