Question

14．某化學研究性學習小組設計實驗探究銅的常見化學性質，過程設計如下．
提出猜想：
問題1：鐵和銅都有變價，一般情況下，正二價鐵的穩定性小于正三價的鐵，正一價銅的穩定性也小于正二價的銅嗎？
問題2：氧化銅有氧化性，能被H₂、CO還原，它也能被氮的某種氣態氫化物還原嗎？
實驗探究
Ⅰ．解決問題1取一定量制得的氫氧化銅固體，于坩堝中灼燒，當溫度達到80～100℃得到黑色固體粉末；繼續加熱至1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅；取適量紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中，加入過量的稀硫酸（或鹽酸），得到藍色溶液，同時觀察到試管底部還有紅色固體存在．根據以上實驗現象回答問題．
（1）寫出氧化亞銅與稀硫酸（或鹽酸）反應的離子方程式：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
（2）從實驗Ⅰ可得出的結論是高溫時，+1價的銅比+2價的銅穩定，而溶液中，+2價的銅比+1價的銅穩定
Ⅱ．解決問題2
設計如下裝置（夾持裝置未畫出）：

當氮的某種氣態氫化物（X）緩緩通過灼熱的氧化銅時，觀察到氧化銅由黑色變成了紅色，無水硫酸銅變成藍色，生成物中還有一種無污染的氣體Y；將X通入灼熱的CuO燃燒管完全反應后，消耗0.01mol X，測得B裝置增重0.36g，并收集到0.28g單質氣體Y．
（1）X氣體的摩爾質量是32g/mol．
（2）C中發生反應的化學方程式為2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．問題1：鐵和銅都有變價，具有相似點，正二價鐵的穩定性小于正三價的鐵，探究正一價銅的穩定性是否也小于正二價的銅，解決問題取一定量制得的氫氧化銅固體，于坩堝中灼燒，當溫度達到80～100℃得到黑色固體粉末，繼續加熱至1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅，說明高溫時，+1價的銅比+2價的銅穩定，取適量紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中，加入過量的稀硫酸（或鹽酸），Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O得到藍色溶液，同時觀察到試管底部還有紅色固體存在，說明溶液中，+2價的銅比+1價的銅穩定．
（1）根據信息：紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中，加入過量的稀硫酸（或鹽酸），得到藍色溶液為+2價的銅鹽溶液，同時觀察到試管底部還有紅色固體存在為銅單質，據此書寫化學方程式；
（2）根據信息：氫氧化銅固體，于坩堝中灼燒，當溫度達到80～100℃得到黑色固體粉末為氧化銅；繼續加熱至1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅，說明高溫+1價銅穩定；
Ⅱ．A中堿石灰可吸收水蒸氣，C中N₂H₄和氧化銅反應：2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O，無水硫酸銅遇水變藍，可檢驗水，吸收水，B裝置增重0.36g，即生成0.02mol的水，單質氣體Y為氮氣．
（1）根據原子守恒確定氣態氫化物的化學式，計算摩爾質量；
（2）根據實驗現象來書寫化學方程式．

解答 解：Ⅰ．問題1：鐵和銅都有變價，具有相似點，正二價鐵的穩定性小于正三價的鐵，探究正一價銅的穩定性是否也小于正二價的銅，解決問題取一定量制得的氫氧化銅固體，于坩堝中灼燒，當溫度達到80～100℃得到黑色固體粉末，繼續加熱至1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅，說明高溫時，+1價的銅比+2價的銅穩定，取適量紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中，加入過量的稀硫酸（或鹽酸），Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O得到藍色溶液，同時觀察到試管底部還有紅色固體存在，說明溶液中，+2價的銅比+1價的銅穩定．
（1）根據信息：紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中，加入過量的稀硫酸（或鹽酸），得到藍色溶液為+2價的銅鹽溶液，同時觀察到試管底部還有紅色固體為銅單質，Cu₂O中+1價的銅在酸性溶液中發生氧化還原反應：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
故答案為：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O；
（2）根據信息：氫氧化銅固體，于坩堝中灼燒，當溫度達到80～100℃得到黑色固體粉末；繼續加熱至1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅，根據在不同溫度下反應物的組成可確定物質的穩定性，所以高于1000℃時Cu₂O比CuO穩定，在溶液中：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，所以Cu²⁺比Cu⁺穩定，
故答案為：高溫時，+1價的銅比+2價的銅穩定，而溶液中，+2價的銅比+1價的銅穩定；
Ⅱ．（1）消耗0.01mol X，測得B裝置增重0.36g，即生成0.02mol的水，并收集到單質氣體Y 0.28g即氮氣0.01mol，根據原子守恒可以確定氣態氫化物X中含有4個氫原子和2個氮原子，X的化學式為N₂H₄，其摩爾質量為32g/mol，
故答案為：32g/mol；
（2）C中發生反應的化學方程式為N₂H₄和氧化銅反應：2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O，
故答案為：2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O．

點評 本題考查實驗探究和數據處理，做題時注意變價金屬氧化物的性質以及質量守恒定律計算物質的化學式．題目難度中等．