Question

12．某化學小組擬采用如圖所示裝置（夾持和加熱儀器已略去）來電解4mol/l食鹽水，并用電解產(chǎn)生的H₂還原CuO粉末，以此來測定Cu的相對原子質(zhì)量．同時用產(chǎn)生的氫氣與一氧化碳合成二甲醚．

請回答下列問題：
（1）配制本實驗用到的4mol/LNaCl溶液250ml需NaCl固體質(zhì)量58.5克，定容時俯視容量瓶將使所配溶液濃度大于4mol/L（“大于”、“等于”、“小于”）
（2）為完成上述實驗，正確的連接順序為A連E（填字母）；電解發(fā)生的總的離子反應(yīng)方程式為2H₂O+2Cl^-$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-．
（3）通入氫氣一段時間后，對硬質(zhì)玻璃管里的CuO粉末加熱前，需要進行的操作檢驗氫氣的純度．
（4）精確稱量硬質(zhì)玻璃管的質(zhì)量為a g，放入CuO后，精確稱量硬質(zhì)玻璃管和CuO的總質(zhì)量為b g，實驗完畢后：通過精確稱量U形管反應(yīng)前后的質(zhì)量，來確定生成水的質(zhì)量d g，進而確定Cu的相對原子質(zhì)量．利用U型管質(zhì)量判斷不再有水生成的方法是u型管質(zhì)量至恒重（或連續(xù)兩次稱量質(zhì)量之差小于0.1g）本實驗有明顯不足之處，請指出并提出改進意見空氣中的CO₂和水蒸氣會通過D口進入U形管，從而產(chǎn)生較大的實驗誤差．若不改進將使測定結(jié)果偏低（“偏高”、“偏低”、“無影響”）．根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算銅的相對原子質(zhì)量$\frac{18（b-a）}uu02c20-16$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)質(zhì)量m=CVM來計算；定容時俯視液面會使溶液體積偏�。�
（2）由于A所在的極為陰極，電極反應(yīng)為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，然后根據(jù)實驗?zāi)康氖怯秒娊猱a(chǎn)生的H₂還原CuO粉末，據(jù)此分析A所連的導管；電解飽和食鹽水時，陽極上Cl^-放電，陰極上H⁺放電，據(jù)此分析；
（3）此實驗是用氫氣來還原CuO，若加熱的是氫氣和空氣的混合物，在易發(fā)生爆炸；
（4）實驗原理是將氫氣通過E進入C中的濃硫酸進行干燥，故通到硬質(zhì)玻璃管中后，在加熱條件下能將CuO還原為Cu，并生成水蒸汽，從而被b中的堿石灰吸收，即硬質(zhì)玻璃管的減重量即為CuO中的含有的氧原子的質(zhì)量，b的增重量即為H₂O的質(zhì)量，據(jù)此分析．

解答 解：（1）所需的氯化鈉的質(zhì)量m=CVM=4mol/L×0.25L×58.5g/mol=58.5g；定容時俯視液面會使溶液體積偏小，則濃度偏大，故答案為：58.5，大于；
（2）由于A所在的極為陰極，電極反應(yīng)為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，故從A導出的氣體是氫氣，由于本實驗的目的是用電解產(chǎn)生的H₂還原CuO粉末，故要將從A中出來的氣體先經(jīng)濃硫酸干燥，然后通入CuO固體上，故A所連的導管應(yīng)為E；電解飽和食鹽水時，陽極上Cl^-放電：2Cl^-+2e^-=Cl₂，陰極上H⁺放電：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，故電解的總反應(yīng)為：2H₂O+2Cl^-$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，故答案為：E，2H₂O+2Cl^-$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（3）此實驗是用氫氣來還原CuO，若加熱的是氫氣和空氣的混合物，在易發(fā)生爆炸，故在加熱前應(yīng)先檢驗氫氣的純度，故答案為：檢驗氫氣的純度；
（4）實驗原理是將氫氣通過E進入C中的濃硫酸進行干燥，故通到硬質(zhì)玻璃管中后，在加熱條件下能將CuO還原為Cu，并生成水蒸汽，從而被b中的堿石灰吸收，即硬質(zhì)玻璃管的減重量即為CuO中的含有的氧原子的質(zhì)量，b的增重量即應(yīng)為生成H₂O的質(zhì)量．
故當U型管質(zhì)量的質(zhì)量不再變化時，說明CuO中的氧元素已經(jīng)完全被結(jié)合生成水，即不再有水生成；但由于空氣中的水蒸氣和二氧化碳能通過D進入b從而被吸收，故b增重的質(zhì)量偏大，導致產(chǎn)生誤差；若不改變，則會導致生成水的質(zhì)量偏高，則測得的CuO中氧原子的質(zhì)量偏多，故Cu原子的質(zhì)量偏小，則銅的相對原子質(zhì)量偏低；
由于生成水的質(zhì)量為dg，故水的物質(zhì)的量為n=$\frac2akagkc{18}$mol，故CuO中氧原子的質(zhì)量為m=$\fracukmiaw0{18}mol×16g/mol$=$\frac{16d}{18}$g，由于CuO的質(zhì)量為（b-a）g，故CuO中含有的銅原子的質(zhì)量為：
（b-a）g-$\frac{16d}{18}$g=$\frac{18（b-a）-16d}{18}$g．由于水的物質(zhì)的量為$\fracmw2ggeg{18}mol$，而其中的氧原子來自于CuO，物質(zhì)的量也為$\fracaei0ksa{18}mol$，而在CuO中，銅原子和氧原子的物質(zhì)的量之比為1：1，故含有的銅原子的物質(zhì)的量也為$\fraca2csecy{18}mol$，則銅原子的摩爾質(zhì)量為M=$\frac{m}{n}$=$\frac{\frac{18（b-a）-16d}{18}g}{\fraccwsqmsy{18}mol}$=$\frac{18（b-a）}q00cce0-16$g/mol，即銅的相對原子質(zhì)量為$\frac{18（b-a）}iaieoug-16$．
故答案為：u型管質(zhì)量至恒重（或連續(xù)兩次稱量質(zhì)量之差小于0.1g）；空氣中的CO₂和水蒸氣會通過D口進入U形管；從而產(chǎn)生較大的實驗誤差； 偏低；$\frac{18（b-a）}soa2o02-16$．

點評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的驗證和物質(zhì)測定實驗設(shè)計方案，物質(zhì)性質(zhì)的掌握，實驗步驟和實驗原理的理解是解題關(guān)鍵，題目難度中等．