Question

9．某校化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組在學(xué)習(xí)了金屬的知識(shí)后，探究Cu的常見化合物的性質(zhì)．過程如下：
【提出問題】
①在元素周期表中，Cu、Al位置接近，Cu不如Al活潑，Al（OH）₃具有兩性，Cu（OH）₂也具有兩性嗎？
②通常情況下，F(xiàn)e²⁺的穩(wěn)定性小于Fe³⁺的，Cu⁺的穩(wěn)定性小于Cu²⁺的嗎？
③CuO有氧化性，能被H₂、CO等還原，也能被NH₃還原嗎？
【實(shí)驗(yàn)方案】
（1）解決問題①需用到的藥品有CuSO₄溶液、稀硫酸、氫氧化鈉溶液（填試劑名稱，一種或多種），同時(shí)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)．
（2）解決問題②的實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象如下：取 98g Cu（OH）₂固體，加熱至80～100℃時(shí)，得到80g黑色固體粉末，繼續(xù)加熱到1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末A．冷卻后稱量，A的質(zhì)量為72g，A的化學(xué)式為Cu₂O．向A中加入足量的稀硫酸，得到藍(lán)色溶液，同時(shí)觀察到容器中還有紅色固體存在，則反應(yīng)的離子方程式為Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O．
（3）為解決問題③，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示（夾持及尾氣處理裝置未畫出）：實(shí)驗(yàn)中觀察到CuO變?yōu)榧t色物質(zhì)．查資料可知，同時(shí)生成一種無(wú)污染的氣體，該氣體的化學(xué)式為N₂．

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
（4）Cu（OH）₂具有兩性．證明Cu（OH）₂具有兩性的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是Cu（OH）₂既能溶解于強(qiáng)酸，又能溶解于強(qiáng)堿．
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案（2），得出的Cu⁺和Cu²⁺穩(wěn)定性大小的結(jié)論：在高溫時(shí)Cu⁺穩(wěn)定性大于Cu²⁺；在酸性溶液中Cu²⁺穩(wěn)定性大于Cu⁺．
（6）CuO能被NH₃還原．有同學(xué)認(rèn)為NH₃與CuO反應(yīng)后生成的紅色物質(zhì)是Cu，也有同學(xué)認(rèn)為NH₃與CuO反應(yīng)后生成的紅色物質(zhì)是Cu和A的混合物．請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證NH₃與CuO反應(yīng)后生成的紅色物質(zhì)中是否含有A：
取NH₃與CuO反應(yīng)后生成的紅色物質(zhì)少許，加入稀硫酸中，若溶液變?yōu)樗{(lán)色，說明紅色物質(zhì)中含有A，反之則無(wú)．

Answer 1

分析 【實(shí)驗(yàn)方案】
（1）要證明Cu（OH）₂具有兩性，應(yīng)先加入堿生成Cu（OH）₂，根據(jù)提供的藥品可確定還需要的藥品；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒計(jì)算中含有1molCu，質(zhì)量為64g，剩余為O元素；依據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象書寫離子方程式；
（3）根據(jù)反應(yīng)遵循質(zhì)量守恒定律和該氣體物污染確定氣體的化學(xué)式；
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
（4）根據(jù)兩性氫氧化物的性質(zhì)來分析，如具有兩性，Cu（OH）₂既能溶解于強(qiáng)酸，又能溶解于強(qiáng)堿；
（5）根據(jù)在不同溫度下反應(yīng)物的組成可確定物質(zhì)的穩(wěn)定性；
【問題討論】
（6）A為Cu₂O，在酸性條件下不穩(wěn)定，可加入酸進(jìn)行檢驗(yàn)．

解答 解：【實(shí)驗(yàn)方案】（1）Cu不如Al活潑，可以用硫酸溶液進(jìn)行驗(yàn)證，要證明Cu（OH）₂具有兩性，應(yīng)先加入堿生成Cu（OH）₂，藥品中缺少氫氧化鈉溶液，
故答案為：稀硫酸、氫氧化鈉溶液；
（2）98g Cu（OH）₂固體的物質(zhì)的量為1mol，解熱分解生成的72g固體中含有Cu的質(zhì)量為1mol，即64g，則氧原子的質(zhì)量為72g-64g8g，n（O）=$\frac{8g}{16g/mol}$=0.5mol，
則A中n（Cu）：n（O）=2：1，向A中加入適量的稀硫酸，得到藍(lán)色溶液，同時(shí)觀察到容器中還有紅色固體存在，說明生成了銅和銅離子，反應(yīng)的離子方程式為：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
故答案為：Cu₂O；Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O；
（3）氧化銅和氨氣反應(yīng)生成紅色物質(zhì)銅，根據(jù)反應(yīng)遵循質(zhì)量守恒定律和該氣體無(wú)污染確定氣體為氮?dú)�，故答案為：N₂；
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
（4）如具有兩性，Cu（OH）₂既能溶解于強(qiáng)酸，又能溶解于強(qiáng)堿，分別生成鹽和水，
故答案為：Cu（OH）₂既能溶解于強(qiáng)酸，又能溶解于強(qiáng)堿；
（5）80℃～100℃時(shí)，得到黑色固體粉末，為CuO，繼續(xù)加熱到1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末，說明在較高溫度時(shí)Cu₂O穩(wěn)定，與酸反應(yīng)生成硫酸銅和銅，說明在酸性條件下+2價(jià)的銅穩(wěn)定，
故答案為：Cu⁺穩(wěn)定性大于Cu²⁺；Cu²⁺穩(wěn)定性大于Cu⁺；
【問題討論】
（6）如含有Cu₂O，根據(jù)其與酸反應(yīng)的現(xiàn)象可判斷，方程式為：Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O，溶液變藍(lán)，而銅與稀硫酸不反應(yīng)，取樣加入稀硫酸，如果得到藍(lán)色溶液和紅色固體說明有A，如果不溶解說明無(wú)A，
故答案為：取NH₃與CuO反應(yīng)后生成的紅色物質(zhì)少許，加入稀硫酸中，若溶液變?yōu)樗{(lán)色，說明紅色物質(zhì)中含有A，反之則無(wú)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理，做題時(shí)注意兩性氫氧化物的性質(zhì)以及質(zhì)量守恒定律計(jì)算物質(zhì)的化學(xué)式，注意知識(shí)積累和熟練掌握，題目難度中等．