Question

某研究性學習小組在學習金屬鐵的知識后，為了解銅及其常見化合物的性質，運用類比的思想提出了如下問題，并進行探究．請幫助完成下列有關研究并填寫有關空白．
【提出問題】
①鐵能與稀硫酸反應產生氫氣，銅能嗎？銅與濃硫酸會發生反應嗎？
②鐵在潮濕的空氣中易生銹，銅“生銹”需要什么條件？
③氧化銅能夠被一氧化碳還原，也能被NH₃、CH₄還原嗎？氧化銅還有哪些性質？
④氧化銅能直接轉化為氫氧化銅嗎？有哪些途徑可以由銅逐步轉變為氫氧化銅？
⑤鐵與硫酸銅溶液可以反應，鈉可以嗎？
【查閱資料與問題解決】
（1）銅不能與稀硫酸發生置換反應，是因為在金屬活動性順序表中，銅排在

 

之后．
銅能與濃硫酸發生反應，其反應方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）

△   .

CuSO₄+2H₂O+SO₂↑
此反應中化合價升高的元素是

 

．
（2）銅在潮濕的空氣中能通過化合反應“生銹”形成銅綠，銅綠的主要成分為Cu₂（OH）₂CO₃．由此可以推測：銅“生銹”過程中，參與反應的物質有銅、水和

 

．
（3）氧化銅不能與水反應生成氫氧化銅，但可以在加熱的條件下被一氧化碳等還原成銅，也能與硫酸、鹽酸等反應形成相應的銅鹽和水，請寫出氧化銅與稀硫酸反應的化學方程式：

 

；在高溫下，氧化銅能分解成磚紅色的氧化亞銅（Cu₂O）和氧氣，反應的化學方程式為：

 

．
（4）同學們設計了以下裝置（夾持、尾氣處理裝置裝置未畫出），實驗中觀察到黑色固體變為紅色物質，無水CuSO₄變藍色，同時生成一種無污染的氣體．

證明CuO能被NH₃還原．該反應的化學方程式為

 

．
（5）資料顯示：甲烷具有還原性，可以還原氧化銅，生成CO₂和H₂O．同學們對此提出了質疑并進行探究．同學們用純凈的甲烷氣體和如下裝置進行實驗．

①上圖裝置F中盛放的試劑名稱是

 

．
②上圖裝置的正確連接順序是

 

（填字母，且每套裝置限用一次）．
③甲烷還原氧化銅的化學方程式為：

 

．
（6）由銅轉化為氫氧化銅，從化學反應的原理看，可以是流程I：
Cu

H2SO4(濃)

△

CuSO₄

NaOH溶液

Cu（OH）₂
也可以是流程II：
Cu

O2

△

CuO

H2SO4(稀)

CuSO₄

NaOH溶液

Cu（OH）₂
與流程I相比，流程Ⅱ的優點是

 

．
（7）某化學興趣小組把金屬鈉投到硫酸銅溶液中，實驗并非如想 象的有紅色銅析出，而是生成一種藍色沉淀．實驗中到底發生了怎樣的化學反應？同學們非常好奇并進行實驗探究．
【查閱資料】鈉是非常活潑的金屬，能與水發生劇烈反應，并放出氣體
【提出猜想】鈉先與水反應生成某氣體和溶液，該溶液再與硫酸銅反應生成藍色沉淀；
【實驗探究】實驗一：同學們把一小塊鈉投到裝有少量蒸餾水的試管中，經驗純后點燃生成的氣體，聽到“噗”的一聲后燃燒起來；
實驗二：在剩余的溶液中加入硫酸銅溶液，發現有藍色沉淀．
【實驗總結】①水與金屬鈉反應的化學方程式

 

．
②請你判斷猜想

 

（“成立”或“不成立”）．

Answer 1

考點：實驗探究物質的性質或變化規律,常見氣體的檢驗與除雜方法,金屬活動性順序及其應用,金屬銹蝕的條件及其防護,物質的相互轉化和制備,有關元素化合價的計算,書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式

專題：科學探究

分析：（1）銅不能與稀硫酸發生置換反應，是因為在金屬活動性順序表中，銅排在氫的后面；在Cu+2H₂SO₄（濃）

△   .

CuSO₄+2H₂O+SO₂↑中，銅元素的化合價由0價變為+2價；
（2）銅綠的主要成分為 Cu₂（OH）₂CO₃，由此可以推測：銅“生銹”過程中，參與反應的物質是銅、氧氣、水和二氧化碳共同作用的結果．
（3）氧化銅與能與硫酸反應形成相應的銅鹽和水，寫出氧化銅與稀硫酸反應的化學方程式；在高溫下，氧化銅能分解成磚紅色的氧化亞銅（Cu₂O）和氧氣，寫出反應的化學方程式；
（4）根據題中信息寫出化學方程式；
（5）①要證明CH₄參與反應，就是要證明反應后生成了CO₂和H₂O．
②根據反應過程來確定順序，一般驗證氣體先驗證水蒸氣，因為中間反應可能帶入水汽．
③寫出甲烷還原氧化銅的化學方程式；
（6）由題目給出的信息可知，與流程I相比，流程Ⅱ的優點是：安全、環保等；
（7）①根據上述分析可以知道反應生成了氫氧化鈉和水，可以據此寫出該反應的化學方程式；
②根據上述分析可以知道猜想1是正確的，可以據此解答該題．

解答：解：
（1）通過實驗分析可知：銅不能與稀硫酸發生置換反應，是因為在金屬活動性順序表中，銅排在氫的后面；在Cu+2H₂SO₄（濃）

△   .

CuSO₄+2H₂O+SO₂↑中，銅元素的化合價有0價變為+2價；故答案為：氫；銅
（2）銅綠的主要成分為 Cu₂（OH）₂CO₃，由此可以推測：銅“生銹”過程中，參與反應的物質是銅、氧氣、水和二氧化碳共同作用的結果；
（3）氧化銅與能與硫酸反應形成相應的銅鹽和水，氧化銅與稀硫酸反應的化學方程式CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；  在高溫下，氧化銅能分解成磚紅色的氧化亞銅（Cu₂O）和氧氣，反應的化學方程式；4CuO

高溫  .

2Cu₂O+O₂↑；
（4）CuO能被NH₃還原．該反應的化學方程式為3CuO+2NH₃

△   .

3Cu+N₂+3H₂O
（5）①要證明甲烷還原氧化銅，只要證明生成物中有CO₂和H₂O生成即可，所以F裝置應是檢驗CO₂生成的，用澄清石灰水．
②裝置H是還原CuO，G是用來證明水的生成，F是證明二氧化碳生成，I是處理尾氣，所以順序為HGFI．
③甲烷還原氧化銅的化學方程式：4CuO+CH₄

△   .

4Cu+CO₂+2H₂O；
（6）由題目給出的信息可知，與流程I相比，流程Ⅱ的優點是無SO₂污染空氣、硫元素的利用率高；
（7）①根據上述分析可以知道反應生成了氫氧化鈉和水，該反應的化學方程式為：2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑；
②根據上述分析可以知道猜想1是正確的，
答案：
（1）H  Cu    （2）O₂、CO₂
（3）CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O    4CuO

高溫  .

2Cu₂O+O₂↑
（4）3CuO+2NH₃

△   .

3Cu+N₂+3H₂O
（5）澄清石灰水  HGFI  4CuO+CH₄

△   .

4Cu+CO₂+2H₂O
（6）無SO₂污染空氣、硫元素的利用率高
（7）2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑    成立

點評：實驗探究題是近幾年中考的熱點之一，它包括實驗方法和過程的探究，實驗結論和實驗規律的探究等．本題通過實驗資料和實驗分析，得到了正確的結論，屬于結論性探究．同學們要具體分析，綜合掌握．本題是一道綜合性實驗探究題，對培養學生分析問題解決問題的能力有一定的提高．