Question

某校化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在學(xué)習(xí)了金屬的知識后，為了解Cu的常見化合物性質(zhì)，運(yùn)用類比學(xué)習(xí)的思想提出如下的問題，進(jìn)行探究．請你協(xié)助該小組的同學(xué)完成下列研究．
【提出問題】
①Cu的金屬活潑性小于Al，Al（OH）₃具有兩性，Cu（OH）₂也具有兩性嗎？
②通常情況下，+2價(jià)Fe的穩(wěn)定性小于+3價(jià)Fe，+l價(jià)Cu的穩(wěn)定性也小于+2價(jià)Cu嗎？
③Cu0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、

 

（填試劑），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98gCu（OH）₂固體，加熱至80℃～100℃時(shí)，得到黑色固體粉末，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．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．據(jù)此可推得，A的化學(xué)式為

 

．
（3）為解決問題③，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置為（夾持及尾氣處理裝置未畫出）：

實(shí)驗(yàn)中觀察CuO變?yōu)榧t色物質(zhì)，無水CuSO₄變藍(lán)色．同時(shí)生成一種無污染的氣體．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】
（1）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

 

．
（2）根據(jù)“實(shí)驗(yàn)方案（2）”，得出的+1價(jià)Cu和+2價(jià)Cu穩(wěn)定性大小的結(jié)論是①

 

；②

 

．
（3）CuO被NH₃還原．該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

；若“實(shí)驗(yàn)方案（2）”中98gCu（OH）₂固體，加熱至80℃～100℃時(shí)，得到的黑色固體粉末全部被NH₃還原，此過程轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為

 

mol．
【問題討論】
有同學(xué)認(rèn)為NH₃與Cu反應(yīng)中生成的紅色物質(zhì)是Cu，也有同學(xué)認(rèn)為NH₃與CuO反應(yīng)中生成的紅色物質(zhì)是Cu和A的混合物．請你設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)NH₃與CuO反應(yīng)中生成的紅色物質(zhì)中是否含有A

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),銅金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：【實(shí)驗(yàn)方案】（1）證明氫氧化銅具有兩性，需要用到強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒計(jì)算A中含有1molCu，質(zhì)量為64g，剩余為O元素，然后計(jì)算出Cu與O的物質(zhì)的量之比；
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】（1）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；
（2）根據(jù)在不同溫度下、在溶液中反應(yīng)物的組成可確定物質(zhì)的穩(wěn)定性；
（3）根據(jù)“實(shí)驗(yàn)中觀察CuO變?yōu)榧t色物質(zhì)，無水CuSO₄變藍(lán)色．同時(shí)生成一種無污染的氣體”判斷反應(yīng)生成物，然后寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；根據(jù)反應(yīng)方程式計(jì)算出轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量；
【問題討論】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）證明氫氧化銅是否具有兩性，需要先用堿溶液與硫酸銅反應(yīng)生成氫氧化銅，然后分別用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液檢驗(yàn)，因此需要的試劑有：硫酸銅溶液、HCl溶液和NaOH溶液，
故答案為：HCl溶液、NaOH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-64g=8g，n（O）=

8g

16g/mol

=0.5mol，
則A中n（Cu）：n（O）=2：1，A的化學(xué)式為：Cu₂O，
故答案為：Cu₂O；
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】（1）根據(jù)氫氧化鋁的兩性知識可知，如果氫氧化銅具有兩性，則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既能溶于鹽酸，又能溶于NaOH溶液；
（2）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：在高于1000℃時(shí)，+1價(jià)Cu比+2價(jià)Cu穩(wěn)定；在溶液中+2價(jià)Cu比+1價(jià)Cu穩(wěn)定；
（3）實(shí)驗(yàn)中觀察CuO變?yōu)榧t色物質(zhì)，該紅色物質(zhì)為銅；無水CuSO₄變藍(lán)色，反應(yīng)生成的水，同時(shí)生成一種無污染的氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒及化合價(jià)變化情況可知該氣體只能為氮?dú)�，所以反�?yīng)的化學(xué)方程式為：3CuO+2NH₃

△   .

3Cu+N₂+3H₂O；
98gCu（OH）₂的物質(zhì)的量為：

98g

98g/mol

=1mol，根據(jù)質(zhì)量守恒定律和電子守恒，最終得到的銅的物質(zhì)的量為1mol，需要得到2mol電子，即反應(yīng)中轉(zhuǎn)移了2mol電子，
故答案為：3CuO+2NH₃

△   .

3Cu+N₂+3H₂O；2；
【問題討論】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)，所以檢驗(yàn)方法為：取NH₃與CuO反應(yīng)中生成的紅色物質(zhì)少許，加入稀H₂SO₄，若溶液出現(xiàn)藍(lán)色，說明紅色物質(zhì)中含有A，反之則無，
故答案為：取NH₃與CuO反應(yīng)中生成的紅色物質(zhì)少許，加入稀H₂SO₄，若溶液出現(xiàn)藍(lán)色，說明紅色物質(zhì)中含有A，反之則無．

點(diǎn)評：本題考查物質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、銅及其化合物性質(zhì)，題目難度較大，注意明確兩性氫氧化物的性質(zhì)以及質(zhì)量守恒定律確定A的化學(xué)式的方法，試題知識點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，是一道質(zhì)量相當(dāng)不錯(cuò)的題目，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力．