Question

4．某學習小組用如圖1所示裝置測定鋅銅合金中銅的質量分數．（已知：金屬與酸反應會時放出一定的熱量．）
（1）實驗前，先用砂紙將鋅銅合金打磨光亮，其目的是除去表面氧化物；
（2）實驗操作步驟有：①檢查氣密性；②將藥品和水裝入各儀器中；③連接好裝置；④記錄C的液面位置；⑤待B中不再有氣體產生并恢復至室溫后，記錄C的液面位置；⑥由A向B滴加足量試劑．上述操作的順序是①②③④⑥⑤（填序號）；
（3）該裝置的氣密性的檢驗方法是打開分液漏斗旋塞，從D管注入水，使U型管左右液面相平，關閉分液漏斗旋塞，提高D管，右邊液面高于左邊液面，形成穩定的高度差或左右兩邊液面形成穩定的高度差，說明裝置的氣密性好；
（4）待B中不再有氣體產生，記錄C的液面位置前，需將溫度恢復至室溫和關閉分液漏斗的活塞；
（5）若合金質量為0.4g，加入足量的稀鹽酸，充分反應后，收集到氫氣體積為80mL，求合金中銅的質量分數． （在實驗條件下，H₂的密度為0.09g/L，4分）
（6）實驗過程中，若未冷卻就讀取氣體體積，則測得鋅的質量分數將偏大（填“偏大”、“偏小”或“不受影響”）．
（7）指導老師認為，利用上述實驗裝置，測量結果總會偏小，可以將發生裝置改為如圖2所示裝置，目的是防止因酸液加入造成測定的氣體體積偏大．

Answer 1

分析 根據實驗前，先將鋅銅合金在稀酸中浸泡片刻，除去合金表面的氧化膜；要根據排開液體的體積來測定生成氫氣的體積，首先需記錄C的液面，然后使反應進行，當充分反應時在記下C的位置，最后可以對剩余固體進行處理；注意讀數的方法；在乳膠管上夾上彈簧夾，向量氣管加適量水，提高量氣管，一段時間后，若量氣管內液面不下降，說明氣密性良好．測定銅鋅合金中鋅、銅的質量分數，可以依據鋅能與酸反應生成氫氣而銅不可以來進行；要求氫氣的質量，除了知道氫氣的體積，還需要知道氫氣的密度；銅鋅合金的質量為ag，若a為0.4g，V為80mL，則氫氣的質量=0.08L×0.09g/L=0.0072g，從而可以求得銅的質量分數；利用上述實驗裝置，測量結果總會偏小，原因是有一部分氫氣留在試管和導管中；改進方法是：可以加水把氫氣趕過去進行分析．

解答 解：（1）實驗前，先將鋅銅合金在稀酸中浸泡片刻，除去合金表面的氧化膜；
（2）要根據排開液體的體積來測定生成氫氣的體積，首先需記錄C的液面，然后使反應進行，當充分反應時在記下C的位置，最后可以對剩余固體進行處理，所以上述操作的順序是①②③④⑥⑤；
（3）在乳膠管上夾上彈簧夾，向量氣管加適量水，提高量氣管，一段時間后，若量氣管內液面不下降，說明氣密性良好；
（4）待B中不再有氣體產生，記錄C的液面位置前，需將溫度恢復至室溫和關閉分液漏斗的活塞；
（5）H₂質量為0.08 L×0.09 g/L=0.0072 g
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑ 
65                          2
x                       0.0072g
$\frac{65}{x}$=$\frac{2}{0.0072g}$
x=0.234 g    
Cu的質量分數=$\frac{0.4g-0.234g}{0.4g}$×100%=41.5%  
（6）實驗過程中，若未冷卻就讀取氣體體積，體積會偏大，計算出的鋅的質量分數也會偏大；
（8）利用上述實驗裝置，測量結果總會偏小，可以將發生裝置改為如圖2所示裝置，目的是：防止因酸液加入造成測定的氣體體積偏大．
故答案為：（1）除去表面氧化物；
（2）④⑥⑤； 
（3）水；右邊液面高于左邊液面，形成穩定的高度差或左右兩邊液面形成穩定的高度差；
（4）調整D管高度，使CD管內液面相平；
（5）解：設鋅的質量為x
H₂質量為0.08 L×0.09 g/L=0.0072 g
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑ 
65                          2
x                       0.0072g
$\frac{65}{x}$=$\frac{2}{0.0072g}$
x=0.234 g    
Cu的質量分數=$\frac{0.4g-0.234g}{0.4g}$×100%=41.5%  
（6）偏大；
（7）防止因酸液加入造成測定的氣體體積偏大．

點評 有關實驗方案的設計和對實驗方案的評價是中考的熱點之一，設計實驗方案時，要注意用最少的藥品和最簡單的方法；關于對實驗設計方案的評價，要在兩個方面考慮，一是方案是否可行，能否達到實驗目的；二是設計的方法進行比較，那種方法更簡便．