实验室制取和收集气体的思路

（9分）请你参与下列探究：【问题情景】某化学实验小组同学将铁粉投入硫酸铜溶液中，发现生成红色固体物质的同时有较多的气泡放出。这一现象激发起同学们的探究欲望，生成...

2023-07-11 15:15发布

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这道初中化学的题目是：
（9分）请你参与下列探究：
【问题情景】某化学实验小组同学将铁粉投入硫酸铜溶液中，发现生成红色固体物质的同时有较多的气泡放出。这一现象激发起同学们的探究欲望，生成的是什么气体？
【提出猜想】从元素守恒的角度，放出的气体可能是SO2、O2、H2。
【查阅资料】SO2易溶于水，它能与NaOH反应，生成Na2SO3。
【方案设计】依据上述猜想，实验小组同学分别设计了如下方案：
（1）甲同学认为是O2，则检验方法是____________________________________。
（2）乙同学认为是SO2，则只需将放出的气体通入盛有NaOH溶液的洗气瓶中，称量通气前后洗气瓶的质量。写出SO2与NaOH反应的化学方程式____________________。
（3）实验小组同学合作设计了如下组合实验方案，排除和验证猜想的气体。

如果放出的是O2和H2，你认为方案中的安全隐患是       。
老师说：化学反应中，一种元素的化合价升高，肯定有元素的化合价降低，这是科学规律。丙同学根据老师这句话，说：“肯定不是       ” 。
【实验探究】小组同学首先对装置A进行称量，再将收集到的气体从a通入，过一会儿点燃B处酒精灯；一段时间后，发现表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，B装置的尾部有水珠生成；停止通气，再次称量装置A，发现质量无增减。
结论：铁粉与硫酸铜溶液反应时，产生的气体是_________________。
写出B装置中发生化学反应的方程式_______________。
【思维拓展】
（1）由上述实验可以推出，硫酸铜溶液中可能含有____________物质。
（2）不通过称量，如何判断SO2与NaOH溶液发生了反应呢？丁同学设计了右图所示的装置进行实验，发现试管内液面上升，就得出SO2与NaOH溶液发生反应的结论。其他同学认为这一方案不严谨，理由是______________。要得到科学严谨的结论，仍利用该装置，补做的实验是______________。
1条回答
hahacoon
2023-07-11 15:35
这道初中化学题的正确答案为：
【方案设计】
（1）用带火星的木条试验，木条复燃则是氧气  
（2）SO2 + 2 NaOH = Na2SO3 + H2O
（3）实验时在B处易发生爆炸事故    氧气
【实验探究】H2    H2+CuOCu+H2O
【思维拓展】
（1）酸性  
（2）SO2易溶于水，也能使液面上升   将NaOH溶液换成水做对比实验
解题思路
【方案设计】（1）氧气的检验方法是：用带火星的木条放入气体中，如果木条能够复燃说明是氧气；
（2）SO2与NaOH反应生成亚硫酸钠和水，故反应的化学方程式为SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O；
（3）如果可燃性气体不纯，在点燃或加热时可能会爆炸，而如果放出的是O2和H2的混合气体，则在实验时在B处加热时，易发生爆炸事故；
根据“化学反应中，一种元素的化合价升高，肯定有元素的化合价降低”分析：若生成的气体是氧气，由于O元素的化合价由-2升高到0，则必定有H或S元素化合价降低，即同时会产生氢气或二氧化硫气体，因此，所得气体就不是氧气；
【实验探究】由于表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，说明有还原性气体参与反应，即氢气，氢气还原氧化铜生成铜和水，故反应的化学方程式为H2+CuOCu+H2O；
【思维拓展】（1）因为有氢气生成，而题干提供的信息是“铁粉投入硫酸铜溶液中”，故应该是铁与酸反应产生了氢气，即硫酸铜溶液中含有酸性物质；
（2）由于SO2不仅易溶于水，而且能与水反应，故也会造成试管内压强减小，也能使液面上升，所以不能得出SO2与NaOH溶液发生反应的结论；为了更严谨，应将氢氧化钠溶液换成水，进行对比实验，观察二氧化硫与水反应时液面上升的情况，再下结论。
点评：在解此类题时，首先要会分析题中所涉及的反应原理，然后结合反应原理和计算所要用到的数据进行分析解答。对于验证型实验探究，要熟记物质的性质或变化规律，根据给出的实验设计方案，进行实验、分析和探究，并通过观察、记录和分析的实验现象，来验证该物质的性质或变化规律等。

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