Question

【題目】某研究性學習小組將鐵粉投入盛有硫酸銅溶液的試管中，發現生成紅色固體物質的同時有較多的氣泡放出。這一現象激發起同學們的探究欲望，生成的是什么氣體？

（提出猜想）從物質組成元素的角度，放出的氣體可能是SO2、O2、H2。

（查閱資料）SO2易溶于水，能與NaOH反應，生成Na2SO3。

（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_____。

（2）乙同學認為是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量。

（3）實驗小組同學合作設計了如圖1實驗方案，對提出的猜想進行驗證。

①如果放出的是O2和H2，你認為方案中的安全隱患是_____。

②丙同學認為：為確保安全，實驗前應先收集一試管氣體，用拇指堵住試管口，_____，若不發出尖銳的爆鳴聲，方可采用上面的裝置進行實驗。

（實驗探究）經丙同學確認安全后，小組同學首先對裝置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，發現表面含CuO的銅網由黑色變為光亮的紅色；停止通氣，再次稱量裝置A，發現質量無增減。

（實驗結論）鐵粉與硫酸銅溶液反應時，產生的氣體是_____。

（思維拓展）

（4）由上述實驗可以推出，硫酸銅溶液中可能含有_____物質（填酸性、中性或堿性）。

（5）寫出裝置B中所發生反應的方程式

（6）不通過稱量，如何判斷SO2與NaOH溶液發生了反應呢？

丁同學設計了如圖2所示的裝置進行實驗，發現試管內液面上升，就得出SO2與NaOH溶液發生反應的結論。其他同學認為這一方案不嚴謹，理由是_____。

（定量探究）該研究性學習小組的同學在教師的指導下，設計如下實驗方案對硫酸銅溶液進行定量探究。

A．量取100mL上述硫酸銅溶液，倒入放在電子天平上的燒杯中，然后加入20.00g鐵粉，充分攪拌，有關實驗數據記錄如下：

稱量項目	稱量時間	質量/g
燒杯		55.65
燒杯+硫酸銅溶液		215.65
燒杯+硫酸銅溶液+鐵粉	30s	235.59
燒杯+硫酸銅溶液+鐵粉	60s	235.45
燒杯+硫酸銅溶液+鐵粉	90s	235.45

B.90s后，將燒杯中的物質經“過濾，洗滌、干燥、稱量”，得濾渣15.2g。

C．取少量濾渣于試管中，加入稀硫酸，觀察到有氣泡產生。

（7）請根據實驗現象和有關數據，回答下列問題：

①加入鐵粉后，用玻璃棒不斷攪拌的原因是_____。

②計算上述硫酸銅溶液中CuSO4的質量分數_____。（寫出計算過程。）

Answer 1

【答案】把帶火星的木條伸入試管中，如果帶火星的木條復燃，說明是氧氣，反之則不是 容易發生爆炸； 堵住，然后移近火焰； H2； 酸； 二氧化硫能夠溶于水，溶于水后會導致試管內液面上升； 使硫酸銅和鐵充分反應； 10%。

【解析】

方案設計：（1）由于氧氣具有助燃性能使帶火星的木條復燃，所以用帶火星的木條檢驗，看是否復燃；

（2）①可燃性氣體和助燃性氣體點燃可能發生爆炸，所以如果放出的是O2和H2，方案中的安全隱患是：容易發生爆炸；

②實驗室檢驗氫氣純度的方法是：實驗前應先收集一試管氣體，用拇指堵住，然后移近火焰，若不發出尖銳的爆鳴聲，方可采用上面的裝置進行實驗；

【實驗結論】

稱量NaOH溶液，發現質量無增減，說明不含二氧化硫，表面含CuO的銅網由黑色變為光亮的紅色，說明氧化銅被還原為銅，故產生的氣體為氫氣，所以本題答案為：H2；

【思維拓展】

（4）要想產生氫氣必須是金屬與酸反應，所以硫酸銅溶液中可能含有硫酸；

（5）氫氣和氧化銅加熱生成銅和水，反應的化學方程式為：H2+CuOCu+H2O；

（6）空氣中的二氧化碳也能和氫氧化鈉反應，試管中的液面會上升；

（7）①加入鐵粉后，用玻璃棒不斷攪拌的原因是使硫酸銅和鐵充分反應；

②通過分析表中的數據可知，硫酸銅溶液的質量是：120g，設參加反應的硫酸銅的質量為x，

x＝12g

所以硫酸銅溶液中CuSO4的質量分數為： ×100%＝10%。