Question

【題目】銅及其化合物在生產、生活中有廣泛的應用。某研究性學習小組的同學對銅常見化合物的性質和制備進行實驗探究，研究的問題和過程如下：

I.探究不同價態銅的穩定性

進行如下實驗：

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

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

II.探究通過不同途徑制取硫酸銅

(1)途徑A：如下圖

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

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測定硫酸銅晶體的純度：

某小組同學準確稱取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，調節溶液pH=3~4，加入過量的KI，用標準溶液滴定至終點，共消耗標準溶液。上述過程中反應的離子方程式如下：。則樣品中硫酸銅晶體的質量分數為_________________

(2)途徑B：如下圖

①燒瓶內可能發生反應的化學方程式為_______________ (已知燒杯中反應：)

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

Ⅲ.探究用粗銅(含雜質Fe)按下述流程制備氯化銅晶體。

(1)實驗室采用如下圖所示的裝置，可將粗銅與反應轉化為固體l(部分儀器和夾持裝置已略去)，

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

(2)將溶液2轉化為的操作過程中，發現溶液顏色由藍色變為綠色。

已知：在氯化銅溶液中有如下轉化關系：[Cu(H2O)4]2+(aq，藍色)+4Cl-(aq) CuCl42-(aq，黃色)+4H2O(l)，該小組同學取氯化銅晶體配制成藍綠色溶液Y，進行如下實驗，其中能夠證明溶液中有上述轉化關系的是_____________(填序號)(已知：較高濃度的溶液呈綠色)。

a.將Y稀釋，發現溶液呈藍色

b.在Y中加入晶體，溶液變為綠色

c.在Y中加入固體，溶液變為綠色

d.取Y進行電解，溶液顏色最終消失

Ⅳ.探究測定銅與濃硫酸反應

取銅片和12mL18mol/L濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，一段時間后停止反應，為定量測定余酸的物質的量濃度，某同學設計的方案是：在反應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，用標準氫氧化鈉溶液進行滴定(已知氫氧化銅開始沉淀的pH約為5)，通過測出消耗氫氧化鈉溶液的體積來求余酸的物質的量濃度。假定反應前后燒瓶中溶液的體積不變，你認為該學生設計的實驗方案能否求得余酸的物質的量濃度____________(填“能”或“不能”)，其理由是_____________。

Answer 1

【答案】 穩定 穩定 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開始沉淀時的pH為5，在指示劑變色范圍之外，即中和酸時，Cu2+不會消耗OH-，但甲基橙由紅色變成橙色、黃色時，銅離子溶液呈藍色，對觀察指示終點顏色有干擾

【解析】

I.(1)物質都有由不穩定物質轉化為穩定物質的傾向，所以在酸性溶液中，+2價Cu比+1價Cu更穩定；

(2)在高溫下CuO分解產生Cu2O、O2，說明Cu2O比CuO在高溫下穩定；

II.(1)①Cu未完全反應、部分氧化銅能被有機物還原；

②根據Cu元素守恒和反應方程式可得關系式，然后利用關系式計算CuSO45H2O的質量，最后根據質量分數的含義計算硫酸銅晶體的含量；

(2)①Cu與稀硫酸、濃硝酸（或隨著反應進行濃硝酸變為的稀硝酸）反應產生硫酸銅、NO2（或NO）、H2O，根據氧化還原反應規律書寫反應方程式；

②O2可以將NO氧化為NO2，可以將NO、NO2驅趕進入NaOH溶液中，發生反應，防止大氣污染；

III.(1) HCl對反應沒有影響；

(2)根據平衡移動原理分析；

IV.含銅離子溶液呈藍色，對觀察指示終點顏色有干擾。

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

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

II.(1)①a.加熱條件下銅易被氧氣氧化，a錯誤；

b.灼燒不充分，銅未被完全氧化導致含有銅單質，b正確；

c.氧化銅在加熱過程中不會分解生成銅，c錯誤；

d.灼燒過程中部分氧化銅被有機物還原生成銅單質，d正確；

故合理選項是bd；

②根據方程式可知：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量分數為(3.5g÷4.0g)×100%=87.5%；

(2)①Cu與稀硫酸、濃硝酸（或隨著反應進行濃硝酸變為的稀硝酸）反應生成硫酸銅、NO2（或NO）、H2O，根據氧化還原反應規律，可得反應方程式為：；

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，同時可以將NO、NO2驅趕進入NaOH溶液中，發生反應，轉化為NaNO2、NaNO3，防止大氣污染；

III.(1) Cl2中混有的HCl對反應沒有影響，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，溶液呈藍色，可以能夠證明CuCl2溶液中轉化關系，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，溶液變為綠色，可以能夠證明CuCl2溶液中轉化關系，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，溶液變為綠色，可以能夠證明CuCl2溶液中轉化關系，c正確；

d.取Y進行電解，銅離子放電，溶液顏色最終消失，不能可以能夠證明CuCl2溶液中轉化關系，d錯誤；

故合理選項是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，Cu2+不會消耗OH-，但是甲基橙由紅色變成橙色、黃色時，Cu2+溶液呈藍色，對觀察指示終點顏色有干擾，因此不能測定剩余硫酸的物質的量濃度。