例3 日常生活中用来包装食品的塑料袋是用聚乙烯制成的,小山及其同学们想通过实验验证其元素组成情况。
【查阅资料】无水硫酸铜是一种白色粉末,遇水会变为蓝色。
【设计实验】在张老师的指导下,小山将装置A、B、C依次连接。

【实验现象】B装置中的白色粉末变成了蓝色,C装置中的澄清石灰水变浑浊。
【实验结论】B装置中的白色粉末变成了蓝色,说明有(填化学式)生成,进而说明此塑料袋中含有元素;C装置中的澄清石灰水变浑浊,说明有(填化学式)生成,进而说明此塑料中含有元素。
【问题与交流】(1)此实验中的装置B、C的顺序是否可以调换? 为什么?
(2)根据实验现象,能否证明此塑料中含有氧元素?
张老师希望通过思考,用所学知识进一步进行探讨。
思路解析:通过实验现象,可以判断出生成物中有二氧化碳和水。化学反应前后元素种类不变,因此,可以推出氢元素、碳元素、氧元素来自反应物塑料和氧气中,而氧气只能提供氧元素,则氢元素和碳元素一定来自塑料。生成物中的氧元素既可能来自氧气,也可能来自塑料,故氧元素的来源无法确定。
答案:【实验结论】${H_{2}O}$ 氢(或${H}$) ${CO_{2}}$ 碳(或${C}$)
【问题与交流】(1)不可以调换。如果将生成的气体先通过C装置,C装置中的水会进入下一装置B中,从而无法证明塑料燃烧生成的气体中是否含有水蒸气。
(2)通过此实验现象,无法证明塑料中含有氧元素。因为有氧气通入A装置中,所以生成物中的氧元素也可能来自氧气。
【查阅资料】无水硫酸铜是一种白色粉末,遇水会变为蓝色。
【设计实验】在张老师的指导下,小山将装置A、B、C依次连接。
【实验现象】B装置中的白色粉末变成了蓝色,C装置中的澄清石灰水变浑浊。
【实验结论】B装置中的白色粉末变成了蓝色,说明有(填化学式)生成,进而说明此塑料袋中含有元素;C装置中的澄清石灰水变浑浊,说明有(填化学式)生成,进而说明此塑料中含有元素。
【问题与交流】(1)此实验中的装置B、C的顺序是否可以调换? 为什么?
(2)根据实验现象,能否证明此塑料中含有氧元素?
张老师希望通过思考,用所学知识进一步进行探讨。
思路解析:通过实验现象,可以判断出生成物中有二氧化碳和水。化学反应前后元素种类不变,因此,可以推出氢元素、碳元素、氧元素来自反应物塑料和氧气中,而氧气只能提供氧元素,则氢元素和碳元素一定来自塑料。生成物中的氧元素既可能来自氧气,也可能来自塑料,故氧元素的来源无法确定。
答案:【实验结论】${H_{2}O}$ 氢(或${H}$) ${CO_{2}}$ 碳(或${C}$)
【问题与交流】(1)不可以调换。如果将生成的气体先通过C装置,C装置中的水会进入下一装置B中,从而无法证明塑料燃烧生成的气体中是否含有水蒸气。
(2)通过此实验现象,无法证明塑料中含有氧元素。因为有氧气通入A装置中,所以生成物中的氧元素也可能来自氧气。
答案
【实验结论】$H_2O$;氢(或$H$);$CO_2$;碳(或$C$)
【问题与交流】
(1) 不可以调换。如果调换,C装置中的水会进入B装置,无法证明燃烧生成气体中是否有水蒸气。
(2) 不能证明塑料中含有氧元素,因为氧气参与反应,生成物中的氧元素可能来自氧气。
【问题与交流】
(1) 不可以调换。如果调换,C装置中的水会进入B装置,无法证明燃烧生成气体中是否有水蒸气。
(2) 不能证明塑料中含有氧元素,因为氧气参与反应,生成物中的氧元素可能来自氧气。
解析
【分析】
要验证塑料袋的元素组成,需利用质量守恒定律(反应前后元素种类不变),通过检验其燃烧产物推断元素。检验水用无水硫酸铜(遇水变蓝),检验二氧化碳用澄清石灰水(遇二氧化碳变浑浊);实验装置顺序需避免干扰,判断氧元素来源时要考虑反应物中氧气的影响。
【解析】
1. 实验结论推导:
无水CuSO₄遇水变蓝,B装置白色粉末变蓝,说明生成了$\ce{H_{2}O}$;根据质量守恒,反应物氧气不含氢元素,因此氢元素一定来自塑料袋,故塑料袋含氢元素。
澄清石灰水遇$\ce{CO_{2}}$变浑浊,C装置变浑浊,说明生成了$\ce{CO_{2}}$;同理,氧气不含碳元素,碳元素一定来自塑料袋,故塑料袋含碳元素。
2. 问题与交流(1)分析:
若调换B、C顺序,气体先通过C装置时,C中澄清石灰水会挥发出水蒸气,进入B装置使无水硫酸铜变蓝,无法证明塑料袋燃烧是否生成水蒸气,因此不能调换。
3. 问题与交流(2)分析:
反应物中有氧气参与,生成物($\ce{H_{2}O}$、$\ce{CO_{2}}$)中的氧元素可能来自氧气,也可能来自塑料袋,无法确定氧元素是否来自塑料袋,故不能证明塑料含氧量。
【答案】
【实验结论】$\ce{H_{2}O}$;氢(或$\ce{H}$);$\ce{CO_{2}}$;碳(或$\ce{C}$)
【问题与交流】(1) 不可以调换。如果调换,C装置中的水会进入B装置,无法证明燃烧生成气体中是否含有水蒸气。(2) 不能证明塑料中含有氧元素,因为氧气参与反应,生成物中的氧元素可能来自氧气。
【知识点】
质量守恒定律;常见气体检验;实验装置选择
【点评】
本题通过实验探究物质元素组成,结合质量守恒定律和气体检验原理,考查学生对实验设计逻辑的理解,需注意排除实验干扰,是巩固基础知识点的典型实验分析题。
【难度系数】
0.6
要验证塑料袋的元素组成,需利用质量守恒定律(反应前后元素种类不变),通过检验其燃烧产物推断元素。检验水用无水硫酸铜(遇水变蓝),检验二氧化碳用澄清石灰水(遇二氧化碳变浑浊);实验装置顺序需避免干扰,判断氧元素来源时要考虑反应物中氧气的影响。
【解析】
1. 实验结论推导:
无水CuSO₄遇水变蓝,B装置白色粉末变蓝,说明生成了$\ce{H_{2}O}$;根据质量守恒,反应物氧气不含氢元素,因此氢元素一定来自塑料袋,故塑料袋含氢元素。
澄清石灰水遇$\ce{CO_{2}}$变浑浊,C装置变浑浊,说明生成了$\ce{CO_{2}}$;同理,氧气不含碳元素,碳元素一定来自塑料袋,故塑料袋含碳元素。
2. 问题与交流(1)分析:
若调换B、C顺序,气体先通过C装置时,C中澄清石灰水会挥发出水蒸气,进入B装置使无水硫酸铜变蓝,无法证明塑料袋燃烧是否生成水蒸气,因此不能调换。
3. 问题与交流(2)分析:
反应物中有氧气参与,生成物($\ce{H_{2}O}$、$\ce{CO_{2}}$)中的氧元素可能来自氧气,也可能来自塑料袋,无法确定氧元素是否来自塑料袋,故不能证明塑料含氧量。
【答案】
【实验结论】$\ce{H_{2}O}$;氢(或$\ce{H}$);$\ce{CO_{2}}$;碳(或$\ce{C}$)
【问题与交流】(1) 不可以调换。如果调换,C装置中的水会进入B装置,无法证明燃烧生成气体中是否含有水蒸气。(2) 不能证明塑料中含有氧元素,因为氧气参与反应,生成物中的氧元素可能来自氧气。
【知识点】
质量守恒定律;常见气体检验;实验装置选择
【点评】
本题通过实验探究物质元素组成,结合质量守恒定律和气体检验原理,考查学生对实验设计逻辑的理解,需注意排除实验干扰,是巩固基础知识点的典型实验分析题。
【难度系数】
0.6
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