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13.蔗糖是生活中常见的一种物质,某兴趣小组对“蔗糖的组成”进行了探究。
【作出猜想】小组同学认为绿色植物通过光合作用将二氧化碳和水转化成葡萄糖和氧气,葡萄糖进一步转化为蔗糖,故蔗糖中一定含有碳、氢元素,可能含有氧元素。
【实验验证】
方案一:小明将蔗糖在氧气中燃烧,检验生成物中有水和二氧化碳,得出结论“蔗糖是由碳、氢、氧三种元素组成的”。
(1)小刚认为该方案不合理,只能说明蔗糖中一定含有碳、氢元素,不能确定是否含有氧元素,理由是
方案二:小刚用如图所示装置进行实验,实验开始先通入一会儿氮气,然后关闭弹簧夹,点燃酒精灯给蔗糖加强热,使蔗糖分解。
(2)观察到
(3)观察到硬质玻璃管中残留有黑色固体,他猜测该黑色固体是单质碳,并继续利用如图所示装置,另选试剂进行了验证单质碳的实验。实验过程和现象如表:
写出上述实验硬质玻璃管中反应的化学方程式:
【实验结论】蔗糖是由碳、氢、氧三种元素组成的。
【拓展交流】
(4)方案二中,先通入一会儿氮气的原因是
(5)查阅资料得知蔗糖的化学式为$\ce{C_{12}H_{22}O_{11}}$,小红发现:蔗糖分子中氢原子数目是氧原子数目的2倍,但是蔗糖中氧元素质量却是氢元素质量的8倍。导致出现这种情况的原因是
(6)实验小组用定量方法准确测量出3.6克某糖样品与足量氧气反应后生成5.28克二氧化碳和2.16克水,则该糖样品中碳、氢元素质量比为
【作出猜想】小组同学认为绿色植物通过光合作用将二氧化碳和水转化成葡萄糖和氧气,葡萄糖进一步转化为蔗糖,故蔗糖中一定含有碳、氢元素,可能含有氧元素。
【实验验证】
方案一:小明将蔗糖在氧气中燃烧,检验生成物中有水和二氧化碳,得出结论“蔗糖是由碳、氢、氧三种元素组成的”。
(1)小刚认为该方案不合理,只能说明蔗糖中一定含有碳、氢元素,不能确定是否含有氧元素,理由是
反应物有氧气，已提供氧元素
。方案二:小刚用如图所示装置进行实验,实验开始先通入一会儿氮气,然后关闭弹簧夹,点燃酒精灯给蔗糖加强热,使蔗糖分解。
(2)观察到
烧杯内有水珠或水雾或无色液滴
出现,说明蔗糖中含有氢元素和氧元素。(3)观察到硬质玻璃管中残留有黑色固体,他猜测该黑色固体是单质碳,并继续利用如图所示装置,另选试剂进行了验证单质碳的实验。实验过程和现象如表:
写出上述实验硬质玻璃管中反应的化学方程式:
$\ce{C + O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2}}$
。【实验结论】蔗糖是由碳、氢、氧三种元素组成的。
【拓展交流】
(4)方案二中,先通入一会儿氮气的原因是
排尽玻璃管内空气，避免干扰实验
。(5)查阅资料得知蔗糖的化学式为$\ce{C_{12}H_{22}O_{11}}$,小红发现:蔗糖分子中氢原子数目是氧原子数目的2倍,但是蔗糖中氧元素质量却是氢元素质量的8倍。导致出现这种情况的原因是
氢、氧相对原子质量比为$1:16$
。(6)实验小组用定量方法准确测量出3.6克某糖样品与足量氧气反应后生成5.28克二氧化碳和2.16克水,则该糖样品中碳、氢元素质量比为
$6:1$
。答案
13.(1)反应物有氧气，已提供氧元素
(2)烧杯内有水珠或水雾或无色液滴
(3)澄清石灰水 澄清石灰水变浑浊 $\ce{C + O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2}}$
(4)排尽玻璃管内空气，避免干扰实验
(5)氢、氧相对原子质量比为$1:16$
(6)$6:1$
【点拨】5.28g 二氧化碳中碳元素的质量为 $5.28\mathrm{g}×\dfrac{12}{12+16×2}×100\%=1.44\mathrm{g}$，2.16g 水中氢元素的质量为$2.16\mathrm{g}×\dfrac{1×2}{1×2+16}×100\%=0.24\mathrm{g}$，根据反应前后元素的种类和质量不变，则该糖样品中碳、氢元素质量比为$1.44\mathrm{g}:0.24\mathrm{g}=6:1$。
(2)烧杯内有水珠或水雾或无色液滴
(3)澄清石灰水 澄清石灰水变浑浊 $\ce{C + O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2}}$
(4)排尽玻璃管内空气，避免干扰实验
(5)氢、氧相对原子质量比为$1:16$
(6)$6:1$
【点拨】5.28g 二氧化碳中碳元素的质量为 $5.28\mathrm{g}×\dfrac{12}{12+16×2}×100\%=1.44\mathrm{g}$，2.16g 水中氢元素的质量为$2.16\mathrm{g}×\dfrac{1×2}{1×2+16}×100\%=0.24\mathrm{g}$，根据反应前后元素的种类和质量不变，则该糖样品中碳、氢元素质量比为$1.44\mathrm{g}:0.24\mathrm{g}=6:1$。
解析
【分析】
这道题围绕蔗糖的组成展开探究，核心解题依据是质量守恒定律，即化学反应前后元素的种类、质量均保持不变，我们可以按小问逐一梳理思路：
1. 第一问判断蔗糖在氧气中燃烧的结论是否合理：由于燃烧过程有氧气作为反应物参与，生成物中的氧元素既可以来自蔗糖，也可以来自氧气，因此无法直接判定蔗糖本身含有氧元素。
2. 第二问要证明蔗糖含氢、氧元素：蔗糖加强热分解，若反应生成水，根据水由氢、氧元素组成，结合质量守恒定律就能反推蔗糖含有这两种元素，对应的直观现象就是承接产物的烧杯内壁出现水珠。
3. 第三问验证残留黑色固体是单质碳：利用碳燃烧生成二氧化碳、二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的特性，向装置内通入氧气，将生成的气体通入澄清石灰水，观察到石灰水变浑浊即可完成验证，对应反应为碳和氧气点燃生成二氧化碳。
4. 第四问分析通氮气的作用：装置内原本留存有空气，空气中的氧气、水蒸气、二氧化碳会干扰蔗糖分解产物的检验，因此提前通氮气是为了排尽装置内空气，避免干扰实验。
5. 第五问解释氧元素质量是氢元素质量8倍的原因：已知蔗糖分子中氢原子数是氧原子数的2倍，结合氢相对原子质量为1、氧相对原子质量为16的数值特点，就能推导得出质量倍数关系的来源。
6. 第六问计算碳氢元素质量比：根据反应前后元素质量不变的规律，分别从生成的二氧化碳中计算碳元素质量，从生成的水中计算氢元素质量，二者作比即可得到结果。
【解析】
(1) 蔗糖在氧气中燃烧时，反应物氧气本身就含有氧元素，生成物二氧化碳和水中的氧元素有可能全部来自氧气，无法确定蔗糖中原本是否含有氧元素，因此该方案不合理。
(2) 蔗糖加强热分解，若观察到烧杯内壁出现无色液滴（水珠/水雾），说明反应生成了水，水由氢、氧元素组成，根据质量守恒定律即可证明蔗糖中含有氢元素和氧元素。
(3) 验证黑色固体是单质碳时，向装置内通入氧气，点燃酒精灯让碳充分燃烧，将生成的气体通入澄清石灰水，可观察到澄清石灰水变浑浊，证明生成了二氧化碳，说明黑色固体是单质碳；硬质玻璃管中碳和氧气在点燃条件下生成二氧化碳，化学方程式为$\ce{C + O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2}}$。
(4) 方案二实验开始前先通入一会儿氮气，目的是排尽硬质玻璃管内的空气，避免空气中含有的氧气、水蒸气、二氧化碳干扰蔗糖分解产物的检验，保证实验结果的准确性。
(5) 蔗糖分子中氢原子数目是氧原子数目的2倍，由于氢、氧的相对原子质量比为1:16，因此蔗糖中氧元素总质量是氢元素总质量的8倍。
(6) 定量计算过程：
5.28g二氧化碳中碳元素的质量：$m(\mathrm{C})=5.28\mathrm{g} × \frac{12}{12+16×2} × 100\% =1.44\mathrm{g}$
2.16g水中氢元素的质量：$m(\mathrm{H})=2.16\mathrm{g} × \frac{1×2}{1×2+16} × 100\% =0.24\mathrm{g}$
因此该糖样品中碳、氢元素质量比为$1.44\mathrm{g}:0.24\mathrm{g}=6:1$。
【答案】
(1) 反应物有氧气，已提供氧元素
(2) 烧杯内有水珠或水雾或无色液滴
(3) 澄清石灰水；澄清石灰水变浑浊；$\ce{C + O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2}}$
(4) 排尽玻璃管内空气，避免干扰实验
(5) 氢、氧相对原子质量比为$1:16$
(6)$6:1$
【知识点】
质量守恒定律应用；二氧化碳检验；元素质量分数计算
【点评】
本题是物质组成探究的经典题型，紧扣质量守恒定律核心考点，兼顾实验操作目的分析、实验现象推导和定量元素质量计算，难度梯度设置合理，既能巩固学生对化学反应前后元素守恒规律的理解，也能锻炼学生的实验逻辑分析能力和基础化学计算能力。
【难度系数】
0.6
这道题围绕蔗糖的组成展开探究，核心解题依据是质量守恒定律，即化学反应前后元素的种类、质量均保持不变，我们可以按小问逐一梳理思路：
1. 第一问判断蔗糖在氧气中燃烧的结论是否合理：由于燃烧过程有氧气作为反应物参与，生成物中的氧元素既可以来自蔗糖，也可以来自氧气，因此无法直接判定蔗糖本身含有氧元素。
2. 第二问要证明蔗糖含氢、氧元素：蔗糖加强热分解，若反应生成水，根据水由氢、氧元素组成，结合质量守恒定律就能反推蔗糖含有这两种元素，对应的直观现象就是承接产物的烧杯内壁出现水珠。
3. 第三问验证残留黑色固体是单质碳：利用碳燃烧生成二氧化碳、二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的特性，向装置内通入氧气，将生成的气体通入澄清石灰水，观察到石灰水变浑浊即可完成验证，对应反应为碳和氧气点燃生成二氧化碳。
4. 第四问分析通氮气的作用：装置内原本留存有空气，空气中的氧气、水蒸气、二氧化碳会干扰蔗糖分解产物的检验，因此提前通氮气是为了排尽装置内空气，避免干扰实验。
5. 第五问解释氧元素质量是氢元素质量8倍的原因：已知蔗糖分子中氢原子数是氧原子数的2倍，结合氢相对原子质量为1、氧相对原子质量为16的数值特点，就能推导得出质量倍数关系的来源。
6. 第六问计算碳氢元素质量比：根据反应前后元素质量不变的规律，分别从生成的二氧化碳中计算碳元素质量，从生成的水中计算氢元素质量，二者作比即可得到结果。
【解析】
(1) 蔗糖在氧气中燃烧时，反应物氧气本身就含有氧元素，生成物二氧化碳和水中的氧元素有可能全部来自氧气，无法确定蔗糖中原本是否含有氧元素，因此该方案不合理。
(2) 蔗糖加强热分解，若观察到烧杯内壁出现无色液滴（水珠/水雾），说明反应生成了水，水由氢、氧元素组成，根据质量守恒定律即可证明蔗糖中含有氢元素和氧元素。
(3) 验证黑色固体是单质碳时，向装置内通入氧气，点燃酒精灯让碳充分燃烧，将生成的气体通入澄清石灰水，可观察到澄清石灰水变浑浊，证明生成了二氧化碳，说明黑色固体是单质碳；硬质玻璃管中碳和氧气在点燃条件下生成二氧化碳，化学方程式为$\ce{C + O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2}}$。
(4) 方案二实验开始前先通入一会儿氮气，目的是排尽硬质玻璃管内的空气，避免空气中含有的氧气、水蒸气、二氧化碳干扰蔗糖分解产物的检验，保证实验结果的准确性。
(5) 蔗糖分子中氢原子数目是氧原子数目的2倍，由于氢、氧的相对原子质量比为1:16，因此蔗糖中氧元素总质量是氢元素总质量的8倍。
(6) 定量计算过程：
5.28g二氧化碳中碳元素的质量：$m(\mathrm{C})=5.28\mathrm{g} × \frac{12}{12+16×2} × 100\% =1.44\mathrm{g}$
2.16g水中氢元素的质量：$m(\mathrm{H})=2.16\mathrm{g} × \frac{1×2}{1×2+16} × 100\% =0.24\mathrm{g}$
因此该糖样品中碳、氢元素质量比为$1.44\mathrm{g}:0.24\mathrm{g}=6:1$。
【答案】
(1) 反应物有氧气，已提供氧元素
(2) 烧杯内有水珠或水雾或无色液滴
(3) 澄清石灰水；澄清石灰水变浑浊；$\ce{C + O_{2}\xlongequal{点燃}CO_{2}}$
(4) 排尽玻璃管内空气，避免干扰实验
(5) 氢、氧相对原子质量比为$1:16$
(6)$6:1$
【知识点】
质量守恒定律应用；二氧化碳检验；元素质量分数计算
【点评】
本题是物质组成探究的经典题型，紧扣质量守恒定律核心考点，兼顾实验操作目的分析、实验现象推导和定量元素质量计算，难度梯度设置合理，既能巩固学生对化学反应前后元素守恒规律的理解，也能锻炼学生的实验逻辑分析能力和基础化学计算能力。
【难度系数】
0.6
