Question

某研究性學(xué)習(xí)小組為了研究Cu與濃H₂SO₄的反應(yīng)和比較Cu的+1價化合物與+2價化合物的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)探究方案（裝置中的固定儀器和酒精燈均未畫出）實(shí)驗(yàn)選用細(xì)銅絲、98.3%H₂SO₄、品紅溶液、澄清石灰水、CCl₄、NaOH溶液等藥品，銅絲被卷成螺旋狀，一端投入濃H₂SO₄中，另一端露置在液面上方．

以下是該學(xué)習(xí)小組部分交流記錄及后續(xù)探究實(shí)驗(yàn)的記錄．
材料一：小組交流記錄
學(xué)生1：加熱前，無現(xiàn)象發(fā)生；加熱后，液面下銅絲變黑，產(chǎn)生氣泡，有細(xì)小黑色顆粒狀物質(zhì)從銅絲表面進(jìn)入濃硫酸中，黑色物質(zhì)是什么？值得探究！
學(xué)生2：我也觀察到黑色顆粒狀物質(zhì)，后來逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛野咨�固體，我想該灰白色固體極有可能是未溶于濃硫酸的CuSO₄．
學(xué)生3：你們是否注意到液面以上的銅絲也發(fā)黑，而且試管上部內(nèi)壁有少量淡黃色S固體凝聚，會不會液面以上的銅絲與硫發(fā)生了反應(yīng)，我查資料發(fā)現(xiàn)：2Cu+SCu₂S（黑色）
材料二、探究實(shí)驗(yàn)剪輯
實(shí)驗(yàn)1：將光亮的銅絲在酒精燈火焰上灼燒變黑，然后插入稀硫酸中，銅絲重新變得光亮，溶液呈藍(lán)綠色；將光亮的銅絲置入加熱的硫蒸氣中變黑，然后插入稀硫酸中無變化．
實(shí)驗(yàn)2：截取濃硫酸液面上方變黑的銅絲，插入稀硫酸中無變化；將濃硫酸液面下方變黑的銅絲，插入稀硫酸、黑色明顯變淺，溶液呈藍(lán)綠色．
實(shí)驗(yàn)3：將溶液中的黑色顆粒狀物質(zhì)，經(jīng)過濾、稀硫酸洗、蒸餾水洗、干燥后放入氧氣流中加熱，然后冷卻，用電子天平稱重發(fā)現(xiàn)質(zhì)量減小10%左右．
根據(jù)上述材料回答下列問題：
（1）A試管上方的長導(dǎo)管的作用是；______；D、E兩支試管中CCl₄
的作用是______．
（2）加熱過程中，觀察到A試管中出現(xiàn)大量白色煙霧，起初部分煙霧在試管上部內(nèi)壁析出淡黃色固體物質(zhì)，在持續(xù)加熱濃硫酸（沸騰）時，淡黃色固體物質(zhì)又慢慢地消失．寫出淡黃色固體消失的化學(xué)反應(yīng)方程式：______．
（3）對A試管中的濃H₂SO₄和銅絲進(jìn)行加熱，很快發(fā)現(xiàn)C試管中品紅溶液褪色，但始終未見D試管中澄清石灰水出現(xiàn)渾濁或沉淀．學(xué)生1猜想是由于SO₂溶解度較大，生成了Ca（SHO₃）₂的緣故．請你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生1的猜想______．
（4）根據(jù)上述研究，結(jié)合所學(xué)知識，你認(rèn)為液面下方銅絲表面的黑色物質(zhì)成分是：______．（寫化學(xué)式）
（5）學(xué)生2將反應(yīng)后的反應(yīng)液稀釋后進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)溶液呈酸性，對比，學(xué)生2提出猜想是：銅與濃硫酸反應(yīng)生成的硫酸銅水解使溶液呈酸性，請寫出該水解反應(yīng)的離子方程式：______．
你的猜想是：______；
請你設(shè)計(jì)一個簡單的實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證你的猜想：______．
（6）該研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)為了比較Cu的+1價化合物和+2價化合物的穩(wěn)定性，他們?nèi)?8gCu（OH）₂固體，加熱至80℃-100℃時，得到黑色固體粉末，繼續(xù)加熱到1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末X．冷卻后稱量，X的質(zhì)量為72g．向X中加入過量稀硫酸，得到藍(lán)色溶液，同時觀察到容器中還有紅色固體存在，據(jù)此可推得，X的化學(xué)式為______，可以得出的結(jié)論是
______．

Answer 1

解：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置，長導(dǎo)管的作用一定是能導(dǎo)氣，但氣體在導(dǎo)管中時間一長就會冷凝，回流，二氧化硫和強(qiáng)堿的反應(yīng)十分劇烈，可以采用四氯化碳的作用來達(dá)到防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生的目的，
故答案為：導(dǎo)氣、冷凝、回流；防止倒吸；
（2）濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，硫在加熱時能和濃硫酸反應(yīng)，
故答案為：S+2H₂SO₄（濃）3SO₂↑+2H₂O；
（3）Ca（HSO₃）₂能和強(qiáng)堿反應(yīng)生成溶解度較小的亞硫酸鈣，故答案為：取樣后，向其中加氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成；
（4）將濃硫酸液面下方變黑的銅絲，插入稀硫酸、黑色明顯變淺，溶液呈藍(lán)綠色，說明黑色物質(zhì)部分溶于稀硫酸，
故答案為：CuO、CuS、Cu₂S；
（5）銅離子是弱堿陽離子，有弱就水解，水解顯酸性，方程式為：Cu²⁺+H₂OCu（OH）₂+2H⁺；溶液顯酸性的可能原因是硫酸過量，可以加入金屬鐵來檢驗(yàn)溶液中氫離子的存在，
故答案為：Cu²⁺+H₂OCu（OH）₂+2H⁺；銅和濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中硫酸過量使溶液顯酸性；取稀釋后的溶液適量于試管中，加入足量的鐵粉，若有無色無味的氣體產(chǎn)生，證明硫酸過量（其他答案也合理）；
（6）98gCu（OH）₂固體加熱至80℃-100℃時，得到黑色固體粉末為氧化銅80g，加熱到1000℃以上，黑色粉末氧化銅全部變成紅色粉末其質(zhì)量為72g，根據(jù)2CuO～Cu₂O知，X恰好為Cu₂O，根據(jù)題目信息：Cu（OH）₂固體加熱至80℃-100℃時，得到黑色固體粉末為氧化銅，加熱到1000℃以上，得到的是氧化亞銅，可知高于100°C時Cu₂O比CuO穩(wěn)定，將黑的銅絲，插入稀硫酸、黑色明顯變淺，溶液呈藍(lán)綠色，說明在溶液中Cu²⁺比Cu⁺穩(wěn)定，
故答案為：Cu₂O；高于100°C時Cu₂O比CuO穩(wěn)定，在溶液中Cu²⁺比Cu⁺穩(wěn)定．
分析：（1）長導(dǎo)管除了導(dǎo)氣作用之外，還可以讓氣體冷凝，回流；二氧化硫和強(qiáng)堿的反應(yīng)十分劇烈，要注意防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生；
（2）硫在加熱時能和濃硫酸反應(yīng)；
（3）酸式鹽和強(qiáng)堿中的氫氧根反應(yīng)能得到正鹽；
（4）含有銅元素的常見黑色物質(zhì)有CuO、CuS、Cu₂S，結(jié)合實(shí)際來回答；
（5）銅離子是弱堿陽離子，有弱就水解，水解顯酸性，根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況來判斷溶液顯酸性的可能原因并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證；
（6）根據(jù)質(zhì)量關(guān)系結(jié)合原子守恒來判斷物質(zhì)的組成情況，根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的條件和存在的狀態(tài)來判斷其穩(wěn)定性．
點(diǎn)評：本題是有關(guān)銅及其化合物之間的轉(zhuǎn)化知識的綜合題目，考查角度廣，難度很大．