Question

某校化學研究性學習小組的同學在學習了金屬的知識后，為了解Cu的常見化合物性質，運用類比學習的思想提出如下的問題，進行探究．請你協助該小組的同學完成下列研究．
【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Fe的穩定性小于+3價Fe，+l價Cu的穩定性也小于+2價Cu嗎？
③Cu0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、

 

（填試劑），同時進行相關實驗．
（2）解決問題②的實驗步驟和現象如下：取98gCu（OH）₂固體，加熱至80℃～100℃時，得到黑色固體粉末，繼續加熱到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．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．據此可推得，A的化學式為

 

．
（3）為解決問題③，設計的實驗裝置為（夾持及尾氣處理裝置未畫出）：

實驗中觀察CuO變為紅色物質，無水CuSO₄變藍色．同時生成一種無污染的氣體．
【實驗結論】
（1）Cu（OH）₂具有兩性．證明Cu（OH）₂具有兩性的實驗現象是

 

．
（2）根據“實驗方案（2）”，得出的+1價Cu和+2價Cu穩定性大小的結論是①

 

；②

 

．
（3）CuO被NH₃還原．該反應的化學方程式為

 

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

 

mol．
【問題討論】
有同學認為NH₃與Cu反應中生成的紅色物質是Cu，也有同學認為NH₃與CuO反應中生成的紅色物質是Cu和A的混合物．請你設計一個簡單的實驗檢驗NH₃與CuO反應中生成的紅色物質中是否含有A

 

．

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計,銅金屬及其重要化合物的主要性質

專題：實驗設計題

分析：【實驗方案】（1）證明氫氧化銅具有兩性，需要用到強酸、強堿溶液；
（2）根據質量守恒計算A中含有1molCu，質量為64g，剩余為O元素，然后計算出Cu與O的物質的量之比；
【實驗結論】（1）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；
（2）根據在不同溫度下、在溶液中反應物的組成可確定物質的穩定性；
（3）根據“實驗中觀察CuO變為紅色物質，無水CuSO₄變藍色．同時生成一種無污染的氣體”判斷反應生成物，然后寫出反應的化學方程式；根據反應方程式計算出轉移電子的物質的量；
【問題討論】A為Cu₂O，在酸性條件下不穩定，可加入酸進行檢驗．

解答： 解：【實驗方案】（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生成氫氧化銅，然后分別用強酸、強堿溶液檢驗，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-64g=8g，n（O）=

8g

16g/mol

=0.5mol，
則A中n（Cu）：n（O）=2：1，A的化學式為：Cu₂O，
故答案為：Cu₂O；
【實驗結論】（1）根據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既能溶于鹽酸，又能溶于NaOH溶液；
（2）80℃～100℃時，得到黑色固體粉末，為CuO，繼續加熱到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價的銅穩定，
故答案為：在高于1000℃時，+1價Cu比+2價Cu穩定；在溶液中+2價Cu比+1價Cu穩定；
（3）實驗中觀察CuO變為紅色物質，該紅色物質為銅；無水CuSO₄變藍色，反應生成的水，同時生成一種無污染的氣體，根據質量守恒及化合價變化情況可知該氣體只能為氮氣，所以反應的化學方程式為：3CuO+2NH₃

△   .

3Cu+N₂+3H₂O；
98gCu（OH）₂的物質的量為：

98g

98g/mol

=1mol，根據質量守恒定律和電子守恒，最終得到的銅的物質的量為1mol，需要得到2mol電子，即反應中轉移了2mol電子，
故答案為：3CuO+2NH₃

△   .

3Cu+N₂+3H₂O；2；
【問題討論】如含有Cu₂O，根據其與酸反應的現象可判斷，方程式為：Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O，溶液變藍，而銅與稀硫酸不反應，所以檢驗方法為：取NH₃與CuO反應中生成的紅色物質少許，加入稀H₂SO₄，若溶液出現藍色，說明紅色物質中含有A，反之則無，
故答案為：取NH₃與CuO反應中生成的紅色物質少許，加入稀H₂SO₄，若溶液出現藍色，說明紅色物質中含有A，反之則無．

點評：本題考查物質性質實驗方案的設計、銅及其化合物性質，題目難度較大，注意明確兩性氫氧化物的性質以及質量守恒定律確定A的化學式的方法，試題知識點較多、綜合性較強，是一道質量相當不錯的題目，試題充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識解決實際問題的能力．