Question

18、請你參與下列探究：
【問題情景】某化學(xué)實驗小組同學(xué)將鐵粉投入硫酸銅溶液中，發(fā)現(xiàn)生成紅色固體物質(zhì)的同時有較多的氣泡放出．這一現(xiàn)象激發(fā)起同學(xué)們的探究欲望，生成的是什么氣體？
【提出猜想】從物質(zhì)組成元素的角度，放出的氣體可能是SO₂、O₂、H₂．
【查閱資料】SO₂易溶于水，它能與NaOH反應(yīng)，生成Na₂SO₃．
【方案設(shè)計】依據(jù)上述猜想，實驗小組同學(xué)分別設(shè)計了如下方案：
（1）甲同學(xué)認為是O₂，則檢驗方法是

用帶火星的木條試驗，看木條是否復(fù)燃

．
（2）乙同學(xué)認為是SO₂，則只需將放出的氣體通入盛有NaOH溶液的洗氣瓶中，稱量通氣前后洗氣瓶的質(zhì)量．寫出SO₂與NaOH反應(yīng)的化學(xué)方程式

SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O

．
（3）實驗小組同學(xué)合作設(shè)計了如下組合實驗方案，排除和驗證猜想的氣體．

如果放出的是O₂和H₂，你認為方案中的安全隱患是

實驗時剩余氣體B通過加熱的試管易發(fā)生爆炸事故

．
丙同學(xué)認為：為確保安全，實驗前應(yīng)先收集一試管氣體，用拇指

堵住試管囗，靠近火焰點火，

，若不發(fā)出

尖銳的爆鳴聲

，方可采用上面的裝置進行實驗．
【實驗探究】經(jīng)丙同學(xué)確認安全后，小組同學(xué)首先對裝置A進行稱量，再將收集到的氣體從a通入，過一會兒點燃B處酒精燈；一段時間后，發(fā)現(xiàn)表面含CuO的銅網(wǎng)由黑色變?yōu)楣饬恋募t色；停止通氣，再次稱量裝置A，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量無增減．
結(jié)論：鐵粉與硫酸銅溶液反應(yīng)時，產(chǎn)生的氣體是

H₂

．
【思維拓展】
（1）由上述實驗可以推出，硫酸銅溶液中可能含有

H₂SO₄

物質(zhì)．
（2）不通過稱量，如何判斷SO₂與NaOH溶液發(fā)生了反應(yīng)呢？有一同學(xué)設(shè)計了右圖所示的裝置進行實驗，發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)液面上升，就得出SO₂與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)的結(jié)論．其他同學(xué)認為這一方案不嚴謹，理由是

SO₂溶于水中也會導(dǎo)致試管內(nèi)氣壓減小，液面上升

．要得到科學(xué)嚴謹?shù)慕Y(jié)論，仍利用該裝置，補做的實驗是

把燒杯中的氫氧化鈉換成硫酸鈉溶液，做一個對比試驗

．
CuSO₄溶液對過氧化氫的分解具有催化作用．有同學(xué)想猜想其他鹽溶液也能在這個反應(yīng)中起到同樣的作用，于是他們做了以下的探究：
（1）清你幫助他們完成實驗報告：

實驗過程	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
在一支試管中加入5ml5%的H2O2溶液，然后滴入適量的FeCl3溶液，把帶火星的木條伸入試管．	試管中有大量的氣泡產(chǎn)生，伸入的帶火星的木條復(fù)燃	FeCl3溶液可以催化分解H2O2

（2）已知FeCl₃在水中可分離出Fe³⁺和Cl^-，同學(xué)們提出以下猜想：
①甲同學(xué)的猜想：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的H₂O；
②乙同學(xué)的猜想：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Fe³⁺；
③丙同學(xué)的猜想：真正催華分解 H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Cl^-；
你認為最不可能的是

甲

同學(xué)的猜想，理由是

因過氧化氫溶液中自身有水，可見水不是催化劑

．
（3）同學(xué)們對余下的兩個猜想，用實驗進行了探究．請你仔細分析后填表：

實驗過程	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
向盛有5ml5%的H2O2溶液的試管中加入少量的HCl，并把帶火星的木條伸入試管	無明顯現(xiàn)象	起催化作用的不是Cl-
向盛有5ml5%的H2O2溶液的試管中加入少量的 Fe（NO3）3溶液 ，并把帶火星的木條伸入試管	試管中有大量氣泡產(chǎn)生，帶火星的木條復(fù)燃	起催化作用的是Fe3+

用18mol/L的硫酸配置100ml 1.0mol/L的稀硫酸，若實驗儀器有：
A.100ml量筒     B．托盤天平     C．玻璃棒       D.50ml容量瓶
E.10ml量筒      F．膠頭滴管      G.50ml燒杯    H.100ml容量瓶
（1）實驗時應(yīng)選用儀器的先后順序是（填入編號）

F、E、G、C、H

．
（2）在容量瓶的使用方法中，下列操作不正確的是（填寫編號）

B、C、D

．
A．使用容量瓶前檢查它是否漏水
B．容量瓶用蒸餾水洗凈后，再用待配溶液潤洗
C．配置溶液時，如果試樣是固體，把稱好的試樣用紙條小心倒入容量瓶中，緩慢加入蒸餾水到接近標線1cm-2cm處，用滴管滴加蒸餾水到標線．
D．配置溶液時，如果試樣是液體，用量筒量取后直接倒入容量瓶中，緩慢加入蒸餾水到接近標線1cm-2cm處，用滴管加入蒸餾水到標線．
E．蓋好瓶塞，用食指頂住瓶塞，用另一只手的手指托住瓶底，把容量瓶倒轉(zhuǎn)和搖動多次．

Answer 1

分析：方案設(shè)計：（1）根據(jù)氧氣的助燃性來檢驗；（2）根據(jù)方程式的書寫方法來考慮；（3）根據(jù)氧氣和氫氣的性質(zhì)和氫氣的驗純方法考慮．結(jié)論：通過前面的實驗進行排除即可；
思維拓展：（1）要想產(chǎn)生氫氣要考慮金屬與酸反應(yīng)；（2）根據(jù)二氧化硫的性質(zhì)考慮；只要是不與二氧化硫反應(yīng)的溶液就行，主要是對比實驗．
（1）根據(jù)催化劑的作用，若FeCl₃溶液能催化H₂O₂分解，加入FeCl₃溶液，應(yīng)可觀察到試管中產(chǎn)生大量氣泡，伸入試管中的帶火星木條復(fù)燃；
（2）催化劑在反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)質(zhì)量都不變，根據(jù)催化劑的這一特點，判斷過氧化氫溶液中水、FeCl₃溶液中的
Fe³⁺、Cl^-是否可以催化過氧化氫的分解；
（3）為檢驗兩種離子中哪一種離子對過氧化氫分解起到了催化作用，可采取控制變量的方法進行實驗探究，即加入其它含F(xiàn)e³⁺或Cl^-的溶液進行對比；
（1）根據(jù)濃硫酸稀釋的步驟推出需要的儀器；
（2）根據(jù)會造成誤差的原因進行分析．

解答：解：方案設(shè)計：（1）由于氧氣具有助燃性能使帶火星的木條復(fù)燃，所以用帶火星的木條檢驗，看是否復(fù)燃；
（2）SO₂與NaOH反應(yīng)的反應(yīng)物是SO₂和NaOH，生成物是亞硫酸鈉和水，再通過觀察法進行配平即可；
（3）氫氣具有可燃性，如若不純，點燃或加熱時易產(chǎn)生爆炸事故，所以使用前要注意驗純，一般采用小試管收集點燃的方法，不純時能發(fā)出尖銳的爆鳴聲；
結(jié)論：通過氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉溶液的質(zhì)量沒有改變說明不是二氧化硫，表面含CuO的銅網(wǎng)由黑色變?yōu)楣饬恋募t色，說明氧化銅被還原為銅，故產(chǎn)生說明該氣體為氫氣；
【思維拓展】（1）要想產(chǎn)生氫氣必須是金屬與酸反應(yīng)，所以硫酸銅溶液中可能含有硫酸；
（2）由于SO₂溶于水中能與水反應(yīng)生成亞硫酸，也會導(dǎo)致試管內(nèi)氣壓減小，使液面上升，因此要做一個對比試驗即可，把燒杯中的氫氧化鈉換成硫酸鈉溶液，做一個對比試驗；
（1）根據(jù)實驗結(jié)論可得知FeCl₃溶液能催化H₂O₂分解，因此，向5%的過氧化氫溶液加入FeCl₃溶液時，可以觀察到：試管中有大量的氣泡產(chǎn)生，伸入的帶火星的木條復(fù)燃；
故答案為：試管中有大量的氣泡產(chǎn)生，帶火星的木條復(fù)燃；
（2）5%的過氧化氫溶液中含有大量的水，但分解速率依然很小，說明溶液中的水并不能催化過氧化氫的分解，而且過氧化氫分解生成水和氧氣，使之在變化前后溶液中水的質(zhì)量發(fā)生了改變；從以上兩個方面都可以說明水不能作用過氧化氫分解的催化劑，故猜想甲明顯不對；
故答案為：甲；因過氧化氫溶液中自身有水，可見水不是催化劑；
（3）為檢驗Cl^-向過氧化氫溶液中加入了含有Cl^-的稀鹽酸，觀察到無明顯改變，說明溶液中的Cl^-不能對過氧化氫分解起到催化作用；因此，可推測溶液中的Fe³⁺催化了過氧化氫的分解，因此另一個探究實驗應(yīng)加入含有Fe³⁺的溶液進行，并應(yīng)觀察到產(chǎn)生大量氣體和帶火星木條的復(fù)燃；故可加入含F(xiàn)e³⁺的硫酸鐵溶液或硝酸鐵溶液；

實驗步驟	實驗現(xiàn)象	結(jié)論
		起催化作用的不是Cl-
Fe（NO3）3溶液	試管中有大量氣泡產(chǎn)生，帶火星的木條復(fù)燃	起催化作用的是Fe3+

（1）配置一定物質(zhì)的量濃度的溶液，一般要經(jīng)過計算、量取（使用量筒量取、膠頭滴管）、稀釋（在燒杯中稀釋、玻璃棒攪拌均勻）、裝瓶（容量瓶）存放；用18mol/L硫酸配制1.0mol/L硫酸，實際是稀釋問題的計算及物質(zhì)的量濃度溶液配制實驗操作，根據(jù)稀釋定律C₁V₁=C₂V₂可計算18mol/L硫酸的體積=5.6mL，該體積的液體用10mL量筒量取比用100mL量筒量取誤差要小，故應(yīng)選E，而不選A；所以配制溶液需要用到的儀器有：膠頭滴管、10mL量筒、燒杯、玻璃棒、100mL容量瓶；
（2）主要涉及的是容量瓶的使用方法．用待配溶液潤洗容量瓶，這樣會使內(nèi)壁附著溶質(zhì)，導(dǎo)致所配溶液濃度偏大，B不正確；若在容量瓶中進行溶解或稀釋，由于熱效應(yīng)會使溶液的體積和容量瓶的容量發(fā)生改變，所配溶液濃度有誤差，C、D不正確．
故答案為：
【方案設(shè)計】（1）將帶火星的木條放入瓶中，木條不復(fù)燃；
（2）SO₂+2NaOH═Na₂SO₃+H₂O；
（3）混合氣體在B中易被點燃，發(fā)生爆炸；尖銳的爆鳴聲；結(jié)論：H₂；
【思維拓展】（1）H₂SO₄或HCl；
（2）SO₂溶于水中也會導(dǎo)致試管內(nèi)氣壓減小，液面上升；把燒杯中的氫氧化鈉換成硫酸鈉溶液，做一個對比試驗；
（1）試管中有大量的氣泡產(chǎn)生，伸入的帶火星的木條復(fù)燃；
（2）甲，因過氧化氫溶液中自身有水，可見水不是催化劑；
（3）

實驗步驟	實驗現(xiàn)象	結(jié)論
		起催化作用的不是Cl-
Fe（NO3）3溶液	試管中有大量氣泡產(chǎn)生，帶火星的木條復(fù)燃	起催化作用的是Fe3+

（1）F、E、G、C、H；
（2）B、C、D．

點評：判斷兩種物質(zhì)反應(yīng)后生成物是什么氣體時，要根據(jù)質(zhì)量守恒定律來做出推斷，再進行逐一排除，催化劑可以改變反應(yīng)的速率但不會改變反應(yīng)的結(jié)果，催化劑在反應(yīng)前后其質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都不變；一定物質(zhì)的量濃度溶液的配置、有關(guān)溶液稀釋的簡單計算．配制一定物質(zhì)的量濃度溶液，是中考對這部分知識考查的又一熱點，操作步驟、實驗儀器、配制方案的設(shè)計、實驗過程中的誤差分析，都將是考查的重點．