Question

【題目】室溫下，某實(shí)驗(yàn)小組探究等量且表面積相同的鎂條與硫酸銅溶液的反應(yīng)。（注：反應(yīng)前鎂條用砂紙打磨除去表面氧化膜且鎂條過量）

實(shí)驗(yàn)	操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
Ⅰ	4mL 0.1mol/LCuSO4溶液（pH約為4.2）	1.有無(wú)色無(wú)味氣體生成 2.鎂條表面逐漸生成大量黑褐色膨松狀不溶物 3.反應(yīng)一段時(shí)間后，溶液逐漸變渾濁，有藍(lán)綠色沉淀生成
Ⅱ	4mL 0.5mol/LCuSO4溶液（pH約為3.6）	1.有大量無(wú)色無(wú)味氣體生成 2.鎂條表面逐漸生成紅褐色不溶物 3.反應(yīng)一段時(shí)間后，溶液中逐漸有藍(lán)綠色沉淀生成，鎂條上紅褐色物質(zhì)脫落，有光亮的紅色物質(zhì)生成
Ⅲ		開始無(wú)明顯現(xiàn)象，一段時(shí)間后產(chǎn)生微量無(wú)色無(wú)味氣體

(1)實(shí)驗(yàn)Ⅰ中生成的無(wú)色無(wú)味氣體的主要成分是________，產(chǎn)生原因是_________(用簡(jiǎn)單文字和離子方程式表示）。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)Ⅲ的目的是________。

(2)為了探究實(shí)驗(yàn)Ⅰ中黑褐色不溶物的成分，做實(shí)驗(yàn)Ⅳ。

實(shí)驗(yàn)	操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
Ⅳ		1.加入濃鹽酸后，沉淀部分溶解。溶液為黃色 2.多次洗滌后的殘余固體加入濃硝酸，有大量紅棕色氣體生成，溶液變?yōu)樗{(lán)色

查閱資料：Cu2O可溶于濃鹽酸，得到黃色溶液。

經(jīng)檢測(cè)，黑褐色不溶物中含有Cu2O，請(qǐng)解釋Cu2O產(chǎn)生的可能原因_________。由實(shí)驗(yàn)Ⅳ可以推測(cè)，黑褐色不溶物中還含有_______。殘余固體加入濃硝酸時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)方程式是________。

(3)經(jīng)X射線檢測(cè)，藍(lán)綠色沉淀中含Cu2+、SO42-、OH—。小組同學(xué)查閱資料：堿式硫酸銅（Cu2(OH)2SO4）是一種綠色晶體，在水中溶解度極小，能溶于稀酸和氨水。據(jù)此對(duì)沉淀成分提出兩種假設(shè)：

i．是（Cu2(OH)2SO4）；

ii．是Cu(OH)2和（Cu2(OH)2SO4）的混合。

經(jīng)檢驗(yàn)，最終確定藍(lán)綠色沉淀的成分是堿式硫酸銅。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明假設(shè)i成立________。

(4)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)推斷，鎂與硫酸銅溶液產(chǎn)物的生成與__________有關(guān)。

Answer 1

【答案】H2 Cu2++2H2OCu(OH)2 +2H+，水解溶液顯酸性，鎂可以和H+反應(yīng)生成H2 排除溶液中水對(duì)反應(yīng)的干擾 在該條件下，鎂與硫酸銅溶液反應(yīng)時(shí)，部分Cu2+沒有被還原為Cu，而是被還原為Cu2O Cu Cu+4HNO3(濃）=Cu(NO3)2 +2NO2↑+2H2O 取a g 藍(lán)綠色沉淀于試管中，加足量鹽酸溶解后加入過量的BaCl2完全沉淀，過濾、洗滌、干燥后稱重 。若沉淀質(zhì)量為g，則沉淀為堿式硫酸銅 溫度、溶液濃度、溶液pH等

【解析】

(1)硫酸銅為強(qiáng)酸弱堿鹽，水解呈酸性；實(shí)驗(yàn)Ⅲ開始無(wú)現(xiàn)象，生成微量氣體，起到對(duì)照試驗(yàn)作用；
(2)Cu由+2價(jià)降低為+1價(jià)，可生成Cu2O；由題給信息可知Cu2O可溶于濃鹽酸，則剩余不溶物應(yīng)含有其他還原性物質(zhì)，與濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮和水；
(3)固體加入鹽酸生成銅離子和硫酸根，加入氯化鋇溶液生成硫酸鋇，可根據(jù)硫酸鋇和藍(lán)色沉淀的質(zhì)量關(guān)系確定；
(4)實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ在不同濃度、pH條件下反應(yīng)，反應(yīng)現(xiàn)象不同，可說(shuō)明產(chǎn)物不同。

(1)硫酸銅為強(qiáng)酸弱堿鹽，水解呈酸性，發(fā)生Cu2++2H2OCu(OH)2 +2H+，生成氣體為氫氣，實(shí)驗(yàn)Ⅲ開始無(wú)現(xiàn)象，生成微量氣體，起到對(duì)照試驗(yàn)作用，可排除溶液中水對(duì)反應(yīng)的干擾，
故答案為：H2；Cu2++2H2OCu(OH)2 +2H+，水解溶液顯酸性，鎂可以和H+反應(yīng)生成H2 ；排除溶液中水對(duì)反應(yīng)的干擾；
(2)黑褐色不溶物中含有Cu2O，說(shuō)明在該條件下，鎂與硫酸銅溶液反應(yīng)時(shí)，部分Cu2+沒有被還原為Cu，而是被還原為Cu2O；由題給信息可知Cu2O可溶于濃鹽酸，則剩余不溶物應(yīng)含有其他還原性物質(zhì)，與濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮和水，再結(jié)合元素守恒可知該不溶物為銅單質(zhì)，方程式為 Cu+4HNO3(濃)═Cu(NO3)2 +2NO2↑+2H2O，
故答案為：在該條件下，鎂與硫酸銅溶液反應(yīng)時(shí)，部分Cu2+沒有被還原為Cu，而是被還原為Cu2O；Cu； Cu+4HNO3(濃)═Cu(NO3)2 +2NO2↑+2H2O；
(3)如最終確定藍(lán)綠色沉淀的成分是堿式硫酸銅，則1mol堿式硫酸銅質(zhì)量為258g，可生成1mol硫酸鋇，質(zhì)量為233g，則可取a g 藍(lán)綠色沉淀于試管中，加足量鹽酸溶解后加入過量的BaCl2完全沉淀，過濾、洗滌、干燥后稱重。若沉淀質(zhì)量為g，則沉淀為堿式硫酸銅，
故答案為：取a g 藍(lán)綠色沉淀于試管中，加足量鹽酸溶解后加入過量的BaCl2完全沉淀，過濾、洗滌、干燥后稱重。若沉淀質(zhì)量為g，則沉淀為堿式硫酸銅；
(4)實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ在不同的pH條件下反應(yīng)，反應(yīng)現(xiàn)象不同，可說(shuō)明產(chǎn)物不同，且反應(yīng)一段時(shí)間，溫度變化，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的溫度對(duì)反應(yīng)的產(chǎn)物有影響，
故答案為：溫度、溶液濃度、溶液pH等。