Question

10．某研究性學習小組的同學用電解水的方法測定水的組成后，提出問題：“測定水的組成還有其他的方法嗎？”經過討論后，得到了肯定的答案，邀請你一起對此展開探究．

【查閱資料】D裝置球形管中堿石灰的主要成分是氫氧化鈉和氧化鈣．它們不但能吸收水，還能吸收CO₂，寫出氫氧化鈉與 CO₂反應的化學方程式2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O
【設計方案】甲同學利用氫氣還原氧化銅的原理和上圖裝置及藥品進行實驗（操作規范）．A 裝置中發生反應的化學方程式為：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑．
【分析交流】當玻璃管中固體由黑色轉變為紅色時，實驗后測得：
①裝置C的玻璃管和其中固體的總質量在反應后減少了 1.6g；
②裝置D的干燥管和其中物質的總質量在反應后增加了1.82g，用此數據算得水中H、O元素的質量比為，而由水的化學式算得 H、O元素的質量比為1：8．
【數據處理】在實驗過程中產生氫氣 0.2g，共消耗稀硫酸 50g，請依據化學方程式求出該硫酸溶液中溶質的質量分數．
【分析交流】針對上述結果與理論值有偏差，乙同學認為：該裝置存在缺陷，此觀點得到了大家的認同，你對此改進的方法是（假設生成的水完全被 D 中堿石灰吸收，裝置內空氣中的水蒸氣、CO₂忽略不計）．

Answer 1

分析 【查閱資料】根據氫氧化鈉和二氧化碳反應生成碳酸鈉和水進行分析；
【設計方案】根據鋅和稀硫酸反應生成硫酸鋅和氫氣進行分析；
【分析交流】根據“①裝置C的玻璃管和其中固體的總質量在反應后減少了1.6g；②裝置D的干燥管和其中物質的總質量在反應后增加了1.82g”，則可推測算得水中氧元素的質量，氫元素的質量；
【數據處理】根據化學方程式和生成氫氣的質量計算參加反應的硫酸的質量，然后計算質量分數；
【分析交流】因為空氣中的水、二氧化碳進入了干燥管，影響了結果，所以應該在D裝置后面再連接一個干燥管，這樣能夠防止空氣中的水和二氧化碳進入D中．

解答 解：【查閱資料】氫氧化鈉和二氧化碳反應生成碳酸鈉和水，化學方程式為：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；
【設計方案】鋅和稀硫酸反應生成硫酸鋅和氫氣，化學方程式為：Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；
【分析交流】根據“①裝置C的玻璃管和其中固體的總質量在反應后減少了1.6g；②裝置D的干燥管和其中物質的總質量在反應后增加了1.82g”，則可推測算得水中氧元素的質量是1.6g，氫元素的質量是1.82g-1.6g=0.22g，則水中H、O元素的質量比為：0.22g：1.6g=1.1：8，由水的化學式算得H、O元素的質量比為：（1×2）：（16×1）=1：8；
【數據處理】設參加反應的硫酸質量為x
Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；
     98        2
      x        0.2g
     $\frac{98}{x}$=$\frac{2}{0.2g}$
      x=9.8g
所以該硫酸溶液中溶質的質量分數為：$\frac{9.8g}{50g}$×100%=19.6%；
【分析交流】因為空氣中的水、二氧化碳進入了干燥管，影響了結果，所以應該在D裝置后面再連接一個干燥管，這樣能夠防止空氣中的水和二氧化碳進入D中．
故答案為：【查閱資料】2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；
【設計方案】Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；
【分析交流】1.1：8，1：8；
【數據處理】所以該硫酸溶液中溶質的質量分數為19.6%；
【分析交流】在D裝置后面再連接一個干燥管．

點評 通過計算可以確定物質的組成，這是近年來常考的內容之一，既是重點、又是難點，要仔細領會、全面掌握．