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23. (8分)化学社团为测定水中氢、氧元素的质量比，用如下装置设计实验。
（1）用电解水的产物制备氧化铜。
① 请写出电解水的化学方程式：$\ce{2H_2O\xlongequal{通电} 2H_2↑ + O_2↑}$。
② 连接a、c，打开电源，点燃酒精灯，一段时间后，丙中观察到的现象为
③ 熄灭酒精灯，断开a、c，冷却装置待用。
（2）化学社团的同学提出：连接b、c、d、e，用电解水的产物还原上述制备的氧化铜，可以通过称量各装置反应前后的质量差（如下表所示）来测定水中氢、氧元素的质量比。
① 要达到测定目的，必须称量的装置为
② 实验时，打开电源，过段时间后再点燃酒精灯的目的是
③ 实验测得数值要与理论值作比较，理论上水中氢、氧元素质量比为$m(\mathrm{H}):m(\mathrm{O})=$
④ 若其他操作无误，在实验结束时的操作为熄灭酒精灯→拆卸装置→冷却后称量，则实验测得水中的氢、氧元素质量比的数值会有怎样的变化？并解释原因：
（1）用电解水的产物制备氧化铜。
① 请写出电解水的化学方程式：$\ce{2H_2O\xlongequal{通电} 2H_2↑ + O_2↑}$。
② 连接a、c，打开电源，点燃酒精灯，一段时间后，丙中观察到的现象为
红色固体逐渐变成黑色
。③ 熄灭酒精灯，断开a、c，冷却装置待用。
（2）化学社团的同学提出：连接b、c、d、e，用电解水的产物还原上述制备的氧化铜，可以通过称量各装置反应前后的质量差（如下表所示）来测定水中氢、氧元素的质量比。
① 要达到测定目的，必须称量的装置为
丙、丁
（填装置编号）。② 实验时，打开电源，过段时间后再点燃酒精灯的目的是
排尽玻璃管中的空气,防止氢气和空气混合受热爆炸
。写出丙装置中发生反应的化学方程式$\ce{CuO + H_{2}\xlongequal{△} H_{2}O + Cu}$
。③ 实验测得数值要与理论值作比较，理论上水中氢、氧元素质量比为$m(\mathrm{H}):m(\mathrm{O})=$
1:8
。④ 若其他操作无误，在实验结束时的操作为熄灭酒精灯→拆卸装置→冷却后称量，则实验测得水中的氢、氧元素质量比的数值会有怎样的变化？并解释原因：
变大。先熄灭酒精灯,会导致生成的铜被氧气氧化,则丙装置的质量差减小,即氧元素的质量会减小,所以氢元素的质量增大,故氢、氧元素质量比的数值变大
。答案
23. (1) ② 红色固体逐渐变成黑色 (2) ① 丙、丁 ② 排尽玻璃管中的空气,防止氢气和空气混合受热爆炸 $\ce{CuO + H_{2}\xlongequal{△} H_{2}O + Cu}$ ③ 1 : 8 ④ 变大。先熄灭酒精灯,会导致生成的铜被氧气氧化,则丙装置的质量差减小,即氧元素的质量会减小,所以氢元素的质量增大,故氢、氧元素质量比的数值变大
解析
【分析】
本题围绕测定水中氢、氧元素质量比的实验展开，解题思路：（1）根据电解水的产物（负极生成H₂、正极生成O₂），结合丙装置内物质的反应分析实验现象；（2）依据实验原理确定需称量的装置，结合可燃性气体加热的安全要求分析操作目的，书写氢气还原氧化铜的化学方程式，根据水的化学式计算理论氢氧质量比，最后分析实验操作不当引发的误差。
【解析】
（1）②电解水时，负极产生H₂、正极产生O₂，连接a（H₂）、c（O₂）后，混合气体在丙装置中点燃，丙内原有红色的铜，加热时铜与氧气反应生成黑色的氧化铜，故观察到红色固体逐渐变成黑色。
（2）①实验原理：H₂还原CuO，丙装置反应前后的质量差为CuO失去的氧元素质量（即水中O元素质量），丁装置反应前后的质量差为生成水的质量，水的质量减去氧元素质量即为水中H元素质量，因此需称量丙、丁装置。
②先通电源产生H₂再点燃酒精灯，目的是排尽玻璃管中的空气，防止氢气与空气混合受热发生爆炸；丙装置中氢气加热还原氧化铜，反应的化学方程式为$\ce{CuO + H_{2}\xlongequal{△} H_{2}O + Cu}$。
③水中氢、氧元素的质量比为$(1×2):16=1:8$。
④实验结束时先熄灭酒精灯再拆卸装置，生成的铜会被空气中的氧气氧化为氧化铜，导致丙装置反应前后的质量差（减少的氧元素质量）减小，丁装置的质量差（水的质量）不变，计算出的氢元素质量（水的质量 - 氧元素质量）增大，故测得的氢、氧元素质量比数值变大。
【答案】
（1）②红色固体逐渐变成黑色；（2）①丙、丁；②排尽玻璃管中的空气，防止氢气和空气混合受热爆炸；$\ce{CuO + H_{2}\xlongequal{△} H_{2}O + Cu}$；③$1:8$；④变大，原因是先熄灭酒精灯，会导致生成的铜被氧气氧化，则丙装置的质量差减小，即氧元素的质量会减小，所以氢元素的质量增大，故氢、氧元素质量比的数值变大。
【知识点】
电解水实验、氢气还原氧化铜、元素质量比计算、实验误差分析
【点评】
本题以测定水中氢氧元素质量比为载体，综合考查实验操作、现象、化学方程式书写及误差分析，要求学生理解实验原理，掌握实验安全要点，综合性较强，能有效考查实验探究能力。
【难度系数】
0.5
本题围绕测定水中氢、氧元素质量比的实验展开，解题思路：（1）根据电解水的产物（负极生成H₂、正极生成O₂），结合丙装置内物质的反应分析实验现象；（2）依据实验原理确定需称量的装置，结合可燃性气体加热的安全要求分析操作目的，书写氢气还原氧化铜的化学方程式，根据水的化学式计算理论氢氧质量比，最后分析实验操作不当引发的误差。
【解析】
（1）②电解水时，负极产生H₂、正极产生O₂，连接a（H₂）、c（O₂）后，混合气体在丙装置中点燃，丙内原有红色的铜，加热时铜与氧气反应生成黑色的氧化铜，故观察到红色固体逐渐变成黑色。
（2）①实验原理：H₂还原CuO，丙装置反应前后的质量差为CuO失去的氧元素质量（即水中O元素质量），丁装置反应前后的质量差为生成水的质量，水的质量减去氧元素质量即为水中H元素质量，因此需称量丙、丁装置。
②先通电源产生H₂再点燃酒精灯，目的是排尽玻璃管中的空气，防止氢气与空气混合受热发生爆炸；丙装置中氢气加热还原氧化铜，反应的化学方程式为$\ce{CuO + H_{2}\xlongequal{△} H_{2}O + Cu}$。
③水中氢、氧元素的质量比为$(1×2):16=1:8$。
④实验结束时先熄灭酒精灯再拆卸装置，生成的铜会被空气中的氧气氧化为氧化铜，导致丙装置反应前后的质量差（减少的氧元素质量）减小，丁装置的质量差（水的质量）不变，计算出的氢元素质量（水的质量 - 氧元素质量）增大，故测得的氢、氧元素质量比数值变大。
【答案】
（1）②红色固体逐渐变成黑色；（2）①丙、丁；②排尽玻璃管中的空气，防止氢气和空气混合受热爆炸；$\ce{CuO + H_{2}\xlongequal{△} H_{2}O + Cu}$；③$1:8$；④变大，原因是先熄灭酒精灯，会导致生成的铜被氧气氧化，则丙装置的质量差减小，即氧元素的质量会减小，所以氢元素的质量增大，故氢、氧元素质量比的数值变大。
【知识点】
电解水实验、氢气还原氧化铜、元素质量比计算、实验误差分析
【点评】
本题以测定水中氢氧元素质量比为载体，综合考查实验操作、现象、化学方程式书写及误差分析，要求学生理解实验原理，掌握实验安全要点，综合性较强，能有效考查实验探究能力。
【难度系数】
0.5
