Question

16．同學甲和乙在完成加熱條件下Cu與過量H₂SO₄（濃）反應實驗時，預測反應后溶液為藍色，但實際反應后發(fā)現(xiàn)溶液呈綠色．為探究溶液呈綠色的原因他們查閱了資料并進行實驗探究．
Ⅰ．查閱資料
【資料】1黃色溶液與藍色溶液混合呈現(xiàn)綠色．
2溶液中：CuCl₄^2-呈黃色；Cu₂SO₃•0.5H₂O呈黃色；[Cu（H₂O）₄]²⁺呈藍色．
3為防止銅在空氣中被腐蝕或增強銅的電絕緣性，廠家常在銅表面加一層聚氯乙烯的覆膜，這層覆膜肉眼是不易發(fā)現(xiàn)的，并且聚氯乙烯在加熱條件下易分解，放出氯化氫氣體．
4用銅絲燃燒法可定性確定有機物中是否存在鹵素．將一根純銅絲加熱至紅熱，蘸上試樣，放在火焰上灼燒，如存在鹵素，火焰為綠色．（其他元素不具備此性質）
Ⅱ．猜測
猜測1：加熱條件下Cu與H₂SO₄（濃）反應時有硫單質生成，膠體硫與水合銅離子混合使溶液呈綠色．
猜測2：反應后的混合液中可能有Fe³⁺（銅不純，含有鐵），F(xiàn)e³⁺呈黃色，與水合銅離子混合使溶液呈綠色．
猜測3：反應生成了Cu₂SO₃•0.5H₂O，與水合銅離子混合使溶液呈綠色．
猜測4：反應生成了CuCl₄^2-，與水合銅離子混合使溶液呈綠色．
Ⅲ．設計實驗進行驗證
實驗1：酒精溶解硫，取上層清液逐滴加入到CuSO₄溶液中并不斷攪拌，發(fā)現(xiàn)溶液變渾濁，但溶液依舊是藍色．
實驗2：…
（1）寫出加熱條件下Cu與H₂SO₄（濃）反應的化學方程式：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）他們分析了Cu與H₂SO₄（濃）反應時產生S的原因是副反應生成的CuS繼續(xù)和H₂SO₄（濃）反應生成S．CuS和H₂SO₄（濃）反應中，當有2mol H₂SO₄參加反應時，反應中轉移電子的物質的量為2mol．
（3）實驗2是為驗證猜測2，請完成實驗2的方案設計取反應后的混合溶液2-3ml，加入試管中，向其中加入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，則證明含有Fe³⁺．
Ⅳ．質疑
質疑1：同學甲認為猜測3不成立．
質疑2：同學乙認為純銅的焰色反應也為綠色，不能通過焰色反應證明實驗所用銅絲中含有氯元素．
（4）同學甲認為猜測3不成立，其原因可能是Cu⁺離子在濃硫酸及加熱條件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-離子與濃硫酸會繼續(xù)反應．
Ⅴ．繼續(xù)設計實驗
實驗3：a．取一根銅絲灼燒，觀察焰色．
b．取一根銅絲，用砂紙打磨去掉表面層，灼燒，觀察焰色；
c．取一根銅絲灼燒，趁熱放入乙醇中，取出，灼燒，觀察焰色．
（5）b中用砂紙打磨去掉表面層的作用是除去聚氯乙烯的覆膜和氧化層．
（6）c中將灼燒銅絲趁熱放入乙醇中的目的是制得較純凈的銅．
（7）a中觀察到綠色火焰，b、c中焰色反應時無特殊顏色，沒有觀察到綠色火焰．實驗a和c的關系和目的是a、c為對比實驗，實驗a是驗證銅絲中是否含有氯元素和含有氯元素的物質利用銅絲完成焰色反應時是否為綠色火焰，實驗c是驗證純銅的焰色反應是否為綠色．
Ⅵ．結論與解釋
（8）通過實驗2中證明了溶液中沒有Fe³⁺．兩位同學利用實驗3中的b得到純凈的銅絲與H₂SO₄（濃）反應，觀察到反應后溶液呈藍色．本次實驗探究的最終結論是銅與過量的濃硫酸反應時，由于銅表面有聚氯乙烯的覆膜，反應生成了CuCl₄^2-，與水合銅離子混合使溶液呈綠色．
（9）氯化銅稀溶液一般也呈藍色，其原因是氯化銅稀溶液，氯離子少，水分子多，則主要以水合銅離子存在，溶液主要呈現(xiàn)水合銅離子顏色藍色．
Ⅶ．拓展與聯(lián)想
（10）兩位同學聯(lián)想到銅與硝酸的反應．通過實驗發(fā)現(xiàn)：稀硝酸與純銅反應所得的溶液呈藍色，而濃硝酸與純銅反應所得溶液呈綠色，請根據上述的研究給出合理的解釋，并設計實驗方案加以證明向飽和的藍色硝酸銅溶液中通入二氧化氮氣體，觀察溶液顏色變成綠色，說明濃硝酸與純銅反應所得溶液呈綠色即為溶解的二氧化氮引起的．

Answer 1

分析 （1）Cu與H₂SO₄（濃）在加熱條件下反應生成硫酸銅、二氧化硫和水；
（2）根據CuS和H₂SO₄（濃）反應方程式結合H₂SO₄（濃）的+6價的S降低到0價的S計算；
（3）實驗2是為驗證猜測2即證明溶液中含有三價鐵離子即可；
（4）根據Cu₂SO₃•0.5H₂O中，Cu⁺離子在濃硫酸及加熱條件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-離子與濃硫酸會繼續(xù)反應判斷；
（5）根據信息廠家常在銅表面加一層聚氯乙烯的覆膜分析；
（6）根據乙醇催化氧化成乙醛，Cu作催化劑參與的反應過程分析；
（7）實驗a和c是對比實驗，通過觀察焰色反應的顏色分析綠色到底是銅絲中含有的氯元素還是純銅引起的，據此分析；
（8）通過實驗2中證明了溶液中沒有Fe³⁺．純凈的銅絲與H₂SO₄（濃）反應，觀察到反應后溶液呈藍色，說明Cu與過量H₂SO₄（濃）反應溶液呈綠色與銅表面的聚氯乙烯的覆膜有關；
（9）根據氯化銅稀溶液主要以水合銅離子存在，氯合銅離子較少，顏色主要由水合銅離子決定；
（10）根據濃硝酸與純銅反應除了生成硝酸銅以外還生成了有顏色的二氧化氮氣體，而二氧化氮氣體溶于水顯黃色，與水合銅離子藍色混合即得綠色溶液，據此分析解答．

解答 解：（1）Cu與H₂SO₄（濃）在加熱條件下反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，化學方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）CuS和H₂SO₄（濃）反應生成S、CuSO₄、H₂O，方程式為：3CuS+4H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3CuSO₄+4S+4H₂O，則4molH₂SO₄（濃）參與反應，有mol1H₂SO₄（濃）的+6價的S降低到0價的S，轉移電子數為6e^-，所以當有2mol H₂SO₄參加反應時，反應中轉移電子的物質的量為2mol，故答案為：2mol；
（3）實驗2是為驗證猜測2即證明溶液中含有三價鐵離子，所以實驗2的方案設計為取反應后的混合溶液2-3ml，加入試管中，向其中加入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，則證明含有Fe³⁺，故答案為：取反應后的混合溶液2-3ml，加入試管中，向其中加入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，則證明含有Fe³⁺；
（4）因為Cu₂SO₃•0.5H₂O中，Cu⁺離子在濃硫酸及加熱條件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-離子與濃硫酸會繼續(xù)反應，所以Cu₂SO₃•0.5H₂O在過量濃硫酸及其加熱條件下不可能存在，故答案為：Cu⁺離子在濃硫酸及加熱條件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-離子與濃硫酸會繼續(xù)反應；
（5）根據信息廠家常在銅表面加一層聚氯乙烯的覆膜，所以用砂紙打磨去掉表面層的作用是除去聚氯乙烯的覆膜和氧化層，故答案為：除去聚氯乙烯的覆膜和氧化層；
（6）Cu作催化劑，將乙醇催化氧化成乙醛，參與的反應即銅絲先灼燒生成氧化銅，趁熱放入乙醇中，氧化銅氧化乙醇生成乙醛，本身被還原為較純凈的銅單質，所以將灼燒銅絲趁熱放入乙醇中的目的是制得較純凈的銅，故答案為：制得較純凈的銅；
（7）實驗a為正常銅絲灼燒，根據（6）實驗c為純銅灼燒，則a和c是對比實驗，通過觀察焰色反應的顏色分析綠色到底是銅絲中含有的氯元素還是純銅引起的，實驗a和c的關系和目的是a、c為對比實驗，實驗a是驗證銅絲中是否含有氯元素和含有氯元素的物質利用銅絲完成焰色反應時是否為綠色火焰，實驗c是驗證純銅的焰色反應是否為綠色；
故答案為：a、c為對比實驗，實驗a是驗證銅絲中是否含有氯元素和含有氯元素的物質利用銅絲完成焰色反應時是否為綠色火焰，實驗c是驗證純銅的焰色反應是否為綠色；
（8）通過實驗2中證明了溶液中沒有Fe³⁺．純凈的銅絲與H₂SO₄（濃）反應，觀察到反應后溶液呈藍色，說明Cu與過量H₂SO₄（濃）反應溶液呈綠色與銅表面的聚氯乙烯的覆膜有關，則本次實驗探究的最終結論是銅與過量的濃硫酸反應時，由于銅表面有聚氯乙烯的覆膜，反應生成了CuCl₄^2-，與水合銅離子混合使溶液呈綠色，故答案為：銅與過量的濃硫酸反應時，由于銅表面有聚氯乙烯的覆膜，反應生成了CuCl₄^2-，與水合銅離子混合使溶液呈綠色；
（9）氯化銅稀溶液，氯離子少，水分子多，則主要以水合銅離子存在，氯合銅離子較少，則顏色主要由水合銅離子決定，所以氯化銅稀溶液一般也呈藍色，故答案為：氯化銅稀溶液，氯離子少，水分子多，則主要以水合銅離子存在，溶液主要呈現(xiàn)水合銅離子顏色藍色；
（10）因為稀硝酸與純銅反應生成硝酸銅所得的溶液呈藍色即水合銅離子得顏色，濃硝酸與純銅反應除了生成硝酸銅以外還生成了有顏色的二氧化氮氣體，而二氧化氮氣體溶于水顯黃色，與水合銅離子藍色混合即得綠色溶液，則證明濃硝酸與純銅反應所得溶液呈綠色方法為向飽和的藍色硝酸銅溶液中通入二氧化氮氣體，觀察溶液顏色變成綠色，說明濃硝酸與純銅反應所得溶液呈綠色即為溶解的二氧化氮引起的，故答案為：向飽和的藍色硝酸銅溶液中通入二氧化氮氣體，觀察溶液顏色變成綠色，說明濃硝酸與純銅反應所得溶液呈綠色即為溶解的二氧化氮引起的．

點評 本題考查探究Cu與過量H₂SO₄（濃）反應后溶液呈綠色的原因，為高頻考點，把握反應原理、物質的性質、實驗原理的作用為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的綜合考查，題目難度較大．