8. 某校科学兴趣小组的同学通过实验来验证质量守恒定律，装置如图所示。

(1)实验中用40 g 5%的CuSO₄溶液与NaOH溶液反应，全部反应完，需要多少固体NaOH？
(2)在实验操作中，所需NaOH的量少于(1)中计算的量就能完成目的，请你从实验角度说明少量NaOH就可以完成实验的理由。
(3)如图，在封闭的塑料瓶中加入氧气、水和钉子，一段时间后瓶子变瘪，但实验前后装置总质量不变，请你从物质变化的角度解释瓶子变瘪的原因。

(4)从质量守恒定律的微观角度，将水电解的微观示意图补充完整。

○氧原子 ●氢原子

1. 40 g 5%的CuSO₄溶液中CuSO₄的质量=40 g×5%=2 g。设需要NaOH的质量为x。2NaOH＋CuSO₄===Cu(OH)₂↓＋Na₂SO₄ 80 160 x 2 g 160/80=2 g/x，解得x=1 g。答:需要NaOH的质量为1 g。
2. 该实验验证质量守恒定律，只需证明物质在发生化学反应时，反应前后物质总质量不变，少量NaOH与部分CuSO₄发生化学反应。观察到沉淀生成且反应前后天平平衡即可完成验证，不需要将CuSO₄完全反应
3. 铁生锈消耗了瓶内的氧气，导致瓶内气体减少，压强减小，外界大气压大于瓶内气压，所以瓶子变瘪
4.

【分析】
1. 第(1)问：先计算出CuSO₄溶液中溶质的质量，再根据反应的化学方程式，利用反应物的质量比列比例式，计算所需固体NaOH的质量；
2. 第(2)问：验证质量守恒定律的核心是证明化学反应前后总质量不变，只要反应发生（有明显现象如沉淀），无需将反应物完全消耗，因此少量NaOH即可满足实验需求；
3. 第(3)问：铁生锈是铁与氧气、水的反应，封闭装置内氧气被消耗会导致压强变化，结合压强差解释瓶子变瘪的现象，封闭装置保证总质量不变；
4. 第(4)问：水电解的微观本质是水分子分解为原子，原子重新组合为新分子，据此补充对应的微观粒子示意图。
【解析】
(1) 首先计算CuSO₄的质量：$40\ \mathrm{g} × 5\% = 2\ \mathrm{g}$；
设需要固体NaOH的质量为x，反应的化学方程式为：$\ce{2NaOH + CuSO_{4} = Cu(OH)_{2}\downarrow + Na_{2}SO_{4}}$，其中NaOH的相对质量为$2 × 40 = 80$，$\ce{CuSO_{4}}$的相对质量为160；
根据化学方程式的质量关系列比例式：$\frac{160}{80} = \frac{2\ \mathrm{g}}{x}$，解得$x = 1\ \mathrm{g}$；
(2) 验证质量守恒定律只需证明化学反应发生（有明显现象，如生成氢氧化铜蓝色沉淀），且反应前后装置总质量不变，不需要将$\ce{CuSO_{4}}$完全反应，因此少量NaOH与部分$\ce{CuSO_{4}}$反应即可完成实验目的；
(3) 钉子的主要成分是铁，铁在封闭塑料瓶内与氧气、水接触发生生锈反应，消耗了瓶内的氧气，导致瓶内气体量减少，压强减小，外界大气压大于瓶内气压，因此瓶子变瘪；由于装置封闭，反应前后总质量不变；
(4) 水电解时，2个水分子分解为4个氢原子和2个氧原子，每2个氢原子结合成1个氢分子（共2个氢分子），每2个氧原子结合成1个氧分子（共1个氧分子），据此补充微观示意图（对应参考答案的``）。
【答案】
(1) 需要NaOH的质量为1 g；
(2) 少量NaOH与部分$\ce{CuSO_{4}}$发生化学反应，观察到沉淀生成且反应前后天平平衡即可完成验证，不需要将$\ce{CuSO_{4}}$完全反应；
(3) 铁生锈消耗了瓶内的氧气，导致瓶内气体减少，压强减小，外界大气压大于瓶内气压，所以瓶子变瘪；
(4) ``
【知识点】
化学方程式计算、质量守恒定律、铁的锈蚀
【点评】
本题围绕质量守恒定律展开，结合化学计算、实验原理、物质变化及微观过程，全面考查学生对质量守恒定律的理解与应用，注重理论与实验的结合，是初中化学核心考点的综合考查题。
【难度系数】
0.6