Question

9．某校化學研究性學習小組在學習了金屬的知識后，探究Cu的常見化合物的性質．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？
【實驗方案】
（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），同時進行相關實驗．
（2）解決問題②的實驗步驟和現(xiàn)象如下：取 98g Cu（OH）₂固體，加熱至80～100℃時，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的質量為72g，A的化學式為Cu₂O．向A中加入足量的稀硫酸，得到藍色溶液，同時觀察到容器中還有紅色固體存在，則反應的離子方程式為Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O．
（3）為解決問題③，設計的實驗裝置如圖所示（夾持及尾氣處理裝置未畫出）：實驗中觀察到CuO變?yōu)榧t色物質．查資料可知，同時生成一種無污染的氣體，該氣體的化學式為N₂．

【實驗結論】
（4）Cu（OH）₂具有兩性．證明Cu（OH）₂具有兩性的實驗現(xiàn)象是Cu（OH）₂既能溶解于強酸，又能溶解于強堿．
（5）根據實驗方案（2），得出的Cu⁺和Cu²⁺穩(wěn)定性大小的結論：在高溫時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．有同學認為NH₃與CuO反應后生成的紅色物質是Cu，也有同學認為NH₃與CuO反應后生成的紅色物質是Cu和A的混合物．請你設計一個簡單的實驗方案驗證NH₃與CuO反應后生成的紅色物質中是否含有A：
取NH₃與CuO反應后生成的紅色物質少許，加入稀硫酸中，若溶液變?yōu)樗{色，說明紅色物質中含有A，反之則無．

Answer 1

分析 【實驗方案】
（1）要證明Cu（OH）₂具有兩性，應先加入堿生成Cu（OH）₂，根據提供的藥品可確定還需要的藥品；
（2）根據質量守恒計算中含有1molCu，質量為64g，剩余為O元素；依據反應現(xiàn)象書寫離子方程式；
（3）根據反應遵循質量守恒定律和該氣體物污染確定氣體的化學式；
【實驗結論】
（4）根據兩性氫氧化物的性質來分析，如具有兩性，Cu（OH）₂既能溶解于強酸，又能溶解于強堿；
（5）根據在不同溫度下反應物的組成可確定物質的穩(wěn)定性；
【問題討論】
（6）A為Cu₂O，在酸性條件下不穩(wěn)定，可加入酸進行檢驗．

解答 解：【實驗方案】（1）Cu不如Al活潑，可以用硫酸溶液進行驗證，要證明Cu（OH）₂具有兩性，應先加入堿生成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固體的物質的量為1mol，解熱分解生成的72g固體中含有Cu的質量為1mol，即64g，則氧原子的質量為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，得到藍色溶液，同時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）氧化銅和氨氣反應生成紅色物質銅，根據反應遵循質量守恒定律和該氣體無污染確定氣體為氮氣，故答案為：N₂；
【實驗結論】
（4）如具有兩性，Cu（OH）₂既能溶解于強酸，又能溶解于強堿，分別生成鹽和水，
故答案為：Cu（OH）₂既能溶解于強酸，又能溶解于強堿；
（5）80℃～100℃時，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Cu₂O穩(wěn)定，與酸反應生成硫酸銅和銅，說明在酸性條件下+2價的銅穩(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，根據其與酸反應的現(xiàn)象可判斷，方程式為：Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O，溶液變藍，而銅與稀硫酸不反應，取樣加入稀硫酸，如果得到藍色溶液和紅色固體說明有A，如果不溶解說明無A，
故答案為：取NH₃與CuO反應后生成的紅色物質少許，加入稀硫酸中，若溶液變?yōu)樗{色，說明紅色物質中含有A，反之則無．

點評 本題考查實驗探究和數據處理，做題時注意兩性氫氧化物的性質以及質量守恒定律計算物質的化學式，注意知識積累和熟練掌握，題目難度中等．