Question

【題目】銅及其化合物在生產(chǎn)、生活中有廣泛的應(yīng)用。某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)對(duì)銅常見化合物的性質(zhì)和制備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，研究的問題和過程如下：

I.探究不同價(jià)態(tài)銅的穩(wěn)定性

進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

(1)向中加適量稀硫酸，得到藍(lán)色溶液和一種紅色固體，該反應(yīng)的離子化學(xué)方程式為：__________。由此可知，在酸性溶液中，價(jià)Cu比+1價(jià)Cu更_______(填“穩(wěn)定”或“不穩(wěn)定”)。

(2)將粉末加熱至以上完全分解成紅色的粉末，該反應(yīng)說明：在高溫條件下，+1價(jià)的Cu比+2價(jià)Cu更_______(填“穩(wěn)定”或“不穩(wěn)定”)。

II.探究通過不同途徑制取硫酸銅

(1)途徑A：如下圖

①雜銅(含少量有機(jī)物)灼燒后的產(chǎn)物除氧化銅還含少量銅，原因可能是___________(填字母代號(hào))

a.該條件下銅無法被氧氣氧化 b.灼燒不充分，銅未被完全氧化

c.氧化銅在加熱過程中分解生成銅 d.灼燒過程中部分氧化銅被還原

②測(cè)定硫酸銅晶體的純度：

某小組同學(xué)準(zhǔn)確稱取4.0g樣品溶于水配成100mL溶液，取10mL溶液于錐形瓶中，加適量水稀釋，調(diào)節(jié)溶液pH=3~4，加入過量的KI，用標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，共消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液。上述過程中反應(yīng)的離子方程式如下：。則樣品中硫酸銅晶體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_________________

(2)途徑B：如下圖

①燒瓶?jī)?nèi)可能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________ (已知燒杯中反應(yīng)：)

②下圖是上圖的改進(jìn)裝置，其中直玻璃管通入氧氣的作用是_____________________。

Ⅲ.探究用粗銅(含雜質(zhì)Fe)按下述流程制備氯化銅晶體。

(1)實(shí)驗(yàn)室采用如下圖所示的裝置，可將粗銅與反應(yīng)轉(zhuǎn)化為固體l(部分儀器和夾持裝置已略去)，

有同學(xué)認(rèn)為應(yīng)在濃硫酸洗氣瓶前增加吸收的裝置，你認(rèn)為是否必要________(填“是”或“否”)

(2)將溶液2轉(zhuǎn)化為的操作過程中，發(fā)現(xiàn)溶液顏色由藍(lán)色變?yōu)榫G色。

已知：在氯化銅溶液中有如下轉(zhuǎn)化關(guān)系：[Cu(H2O)4]2+(aq，藍(lán)色)+4Cl-(aq) CuCl42-(aq，黃色)+4H2O(l)，該小組同學(xué)取氯化銅晶體配制成藍(lán)綠色溶液Y，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，其中能夠證明溶液中有上述轉(zhuǎn)化關(guān)系的是_____________(填序號(hào))(已知：較高濃度的溶液呈綠色)。

a.將Y稀釋，發(fā)現(xiàn)溶液呈藍(lán)色

b.在Y中加入晶體，溶液變?yōu)榫G色

c.在Y中加入固體，溶液變?yōu)榫G色

d.取Y進(jìn)行電解，溶液顏色最終消失

Ⅳ.探究測(cè)定銅與濃硫酸反應(yīng)

取銅片和12mL18mol/L濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，一段時(shí)間后停止反應(yīng)，為定量測(cè)定余酸的物質(zhì)的量濃度，某同學(xué)設(shè)計(jì)的方案是：在反應(yīng)后的溶液中加蒸餾水稀釋至1000mL，取20mL至錐形瓶中，滴入2~3滴甲基橙指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液進(jìn)行滴定(已知?dú)溲趸�銅開始沉淀的pH約為5)，通過測(cè)出消耗氫氧化鈉溶液的體積來求余酸的物質(zhì)的量濃度。假定反應(yīng)前后燒瓶中溶液的體積不變，你認(rèn)為該學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案能否求得余酸的物質(zhì)的量濃度____________(填“能”或“不能”)，其理由是_____________。

Answer 1

【答案】 穩(wěn)定 穩(wěn)定 bd 87.5% Cu+H2SO4+2HNO3（濃）=CuSO4+2NO2↑+2H2O 3Cu+3H2SO4+2HNO3（�。�=3CuSO4+2NO↑+4H2O 氧氣氧化氮氧化合物，使氮氧化物全部被氫氧化鈉溶液吸收，防止污染大氣 否 abc 不能 雖然甲基橙變色的pH范圍為3.1~4.4，Cu（OH）2開始沉淀時(shí)的pH為5，在指示劑變色范圍之外，即中和酸時(shí)，Cu2+不會(huì)消耗OH-，但甲基橙由紅色變成橙色、黃色時(shí)，銅離子溶液呈藍(lán)色，對(duì)觀察指示終點(diǎn)顏色有干擾

【解析】

I.(1)物質(zhì)都有由不穩(wěn)定物質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定物質(zhì)的傾向，所以在酸性溶液中，+2價(jià)Cu比+1價(jià)Cu更穩(wěn)定；

(2)在高溫下CuO分解產(chǎn)生Cu2O、O2，說明Cu2O比CuO在高溫下穩(wěn)定；

II.(1)①Cu未完全反應(yīng)、部分氧化銅能被有機(jī)物還原；

②根據(jù)Cu元素守恒和反應(yīng)方程式可得關(guān)系式，然后利用關(guān)系式計(jì)算CuSO45H2O的質(zhì)量，最后根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的含義計(jì)算硫酸銅晶體的含量；

(2)①Cu與稀硫酸、濃硝酸（或隨著反應(yīng)進(jìn)行濃硝酸變?yōu)榈南∠跛幔┓磻?yīng)產(chǎn)生硫酸銅、NO2（或NO）、H2O，根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律書寫反應(yīng)方程式；

②O2可以將NO氧化為NO2，可以將NO、NO2驅(qū)趕進(jìn)入NaOH溶液中，發(fā)生反應(yīng)，防止大氣污染；

III.(1) HCl對(duì)反應(yīng)沒有影響；

(2)根據(jù)平衡移動(dòng)原理分析；

IV.含銅離子溶液呈藍(lán)色，對(duì)觀察指示終點(diǎn)顏色有干擾。

I.(1)向Cu2O中加適量稀硫酸，得到藍(lán)色溶液和一種紅色固體，這說明氧化亞銅和稀硫酸反應(yīng)生成的是硫酸銅、水和單質(zhì)銅，該反應(yīng)的離子方程式為：Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O，這說明在酸性溶液中，+2價(jià)Cu比+1價(jià)Cu更穩(wěn)定；

(2)將粉末加熱至以上完全分解成紅色的粉末，該反應(yīng)說明：在高溫條件下，+1價(jià)的Cu比+2價(jià)Cu更穩(wěn)定；

II.(1)①a.加熱條件下銅易被氧氣氧化，a錯(cuò)誤；

b.灼燒不充分，銅未被完全氧化導(dǎo)致含有銅單質(zhì)，b正確；

c.氧化銅在加熱過程中不會(huì)分解生成銅，c錯(cuò)誤；

d.灼燒過程中部分氧化銅被有機(jī)物還原生成銅單質(zhì)，d正確；

故合理選項(xiàng)是bd；

②根據(jù)方程式可知：2Cu2+~I2~2S2O32-，n(S2O32-)=0.1000mol/L×0.014L×10=1.4×10-2mol，則n(Cu2+)=1.4×10-2mol，m(CuSO45H2O)= 1.4×10-2mol×250g/mol=3.5g，所以硫酸銅晶體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(3.5g÷4.0g)×100%=87.5%；

(2)①Cu與稀硫酸、濃硝酸（或隨著反應(yīng)進(jìn)行濃硝酸變?yōu)榈南∠跛幔┓磻?yīng)生成硫酸銅、NO2（或NO）、H2O，根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律，可得反應(yīng)方程式為：；

②NO不能被NaOH溶液吸收，O2可以將NO氧化為NO2，使氮氧化物完全被NaOH溶液吸收，同時(shí)可以將NO、NO2驅(qū)趕進(jìn)入NaOH溶液中，發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為NaNO2、NaNO3，防止大氣污染；

III.(1) Cl2中混有的HCl對(duì)反應(yīng)沒有影響，因此不需要在濃硫酸洗氣瓶前增加吸收HCl的裝置；

(2) a.將Y稀釋，平衡向左移動(dòng)，溶液呈藍(lán)色，可以能夠證明CuCl2溶液中轉(zhuǎn)化關(guān)系，a正確；

b.在Y中加入CuCl2晶體，溶液中[Cu(H2O)4]2+、Cl-濃度增大，平衡向右移動(dòng)，溶液變?yōu)榫G色，可以能夠證明CuCl2溶液中轉(zhuǎn)化關(guān)系，b正確；

c.在Y中加入NaCl固體，溶液中氯離子濃度增大，平衡向右移動(dòng)，溶液變?yōu)榫G色，可以能夠證明CuCl2溶液中轉(zhuǎn)化關(guān)系，c正確；

d.取Y進(jìn)行電解，銅離子放電，溶液顏色最終消失，不能可以能夠證明CuCl2溶液中轉(zhuǎn)化關(guān)系，d錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是abc；

IV.甲基橙變色的pH范圍是 3.1~4.4，Cu(OH)2開始沉淀的pH=5，在指示劑變色范圍之外，即酸被堿中和時(shí)，Cu2+不會(huì)消耗OH-，但是甲基橙由紅色變成橙色、黃色時(shí)，Cu2+溶液呈藍(lán)色，對(duì)觀察指示終點(diǎn)顏色有干擾，因此不能測(cè)定剩余硫酸的物質(zhì)的量濃度。