Question

16．同學(xué)甲和乙在完成加熱條件下Cu與過量H₂SO₄（濃）反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，預(yù)測(cè)反應(yīng)后溶液為藍(lán)色，但實(shí)際反應(yīng)后發(fā)現(xiàn)溶液呈綠色．為探究溶液呈綠色的原因他們查閱了資料并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．
Ⅰ．查閱資料
【資料】1黃色溶液與藍(lán)色溶液混合呈現(xiàn)綠色．
2溶液中：CuCl₄^2-呈黃色；Cu₂SO₃•0.5H₂O呈黃色；[Cu（H₂O）₄]²⁺呈藍(lán)色．
3為防止銅在空氣中被腐蝕或增強(qiáng)銅的電絕緣性，廠家常在銅表面加一層聚氯乙烯的覆膜，這層覆膜肉眼是不易發(fā)現(xiàn)的，并且聚氯乙烯在加熱條件下易分解，放出氯化氫氣體．
4用銅絲燃燒法可定性確定有機(jī)物中是否存在鹵素．將一根純銅絲加熱至紅熱，蘸上試樣，放在火焰上灼燒，如存在鹵素，火焰為綠色．（其他元素不具備此性質(zhì)）
Ⅱ．猜測(cè)
猜測(cè)1：加熱條件下Cu與H₂SO₄（濃）反應(yīng)時(shí)有硫單質(zhì)生成，膠體硫與水合銅離子混合使溶液呈綠色．
猜測(cè)2：反應(yīng)后的混合液中可能有Fe³⁺（銅不純，含有鐵），F(xiàn)e³⁺呈黃色，與水合銅離子混合使溶液呈綠色．
猜測(cè)3：反應(yīng)生成了Cu₂SO₃•0.5H₂O，與水合銅離子混合使溶液呈綠色．
猜測(cè)4：反應(yīng)生成了CuCl₄^2-，與水合銅離子混合使溶液呈綠色．
Ⅲ．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證
實(shí)驗(yàn)1：酒精溶解硫，取上層清液逐滴加入到CuSO₄溶液中并不斷攪拌，發(fā)現(xiàn)溶液變渾濁，但溶液依舊是藍(lán)色．
實(shí)驗(yàn)2：…
（1）寫出加熱條件下Cu與H₂SO₄（濃）反應(yīng)的化學(xué)方程式：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）他們分析了Cu與H₂SO₄（濃）反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生S的原因是副反應(yīng)生成的CuS繼續(xù)和H₂SO₄（濃）反應(yīng)生成S．CuS和H₂SO₄（濃）反應(yīng)中，當(dāng)有2mol H₂SO₄參加反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol．
（3）實(shí)驗(yàn)2是為驗(yàn)證猜測(cè)2，請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)2的方案設(shè)計(jì)取反應(yīng)后的混合溶液2-3ml，加入試管中，向其中加入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，則證明含有Fe³⁺．
Ⅳ．質(zhì)疑
質(zhì)疑1：同學(xué)甲認(rèn)為猜測(cè)3不成立．
質(zhì)疑2：同學(xué)乙認(rèn)為純銅的焰色反應(yīng)也為綠色，不能通過焰色反應(yīng)證明實(shí)驗(yàn)所用銅絲中含有氯元素．
（4）同學(xué)甲認(rèn)為猜測(cè)3不成立，其原因可能是Cu⁺離子在濃硫酸及加熱條件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-離子與濃硫酸會(huì)繼續(xù)反應(yīng)．
Ⅴ．繼續(xù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)3：a．取一根銅絲灼燒，觀察焰色．
b．取一根銅絲，用砂紙打磨去掉表面層，灼燒，觀察焰色；
c．取一根銅絲灼燒，趁熱放入乙醇中，取出，灼燒，觀察焰色．
（5）b中用砂紙打磨去掉表面層的作用是除去聚氯乙烯的覆膜和氧化層．
（6）c中將灼燒銅絲趁熱放入乙醇中的目的是制得較純凈的銅．
（7）a中觀察到綠色火焰，b、c中焰色反應(yīng)時(shí)無特殊顏色，沒有觀察到綠色火焰．實(shí)驗(yàn)a和c的關(guān)系和目的是a、c為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)a是驗(yàn)證銅絲中是否含有氯元素和含有氯元素的物質(zhì)利用銅絲完成焰色反應(yīng)時(shí)是否為綠色火焰，實(shí)驗(yàn)c是驗(yàn)證純銅的焰色反應(yīng)是否為綠色．
Ⅵ．結(jié)論與解釋
（8）通過實(shí)驗(yàn)2中證明了溶液中沒有Fe³⁺．兩位同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)3中的b得到純凈的銅絲與H₂SO₄（濃）反應(yīng)，觀察到反應(yīng)后溶液呈藍(lán)色．本次實(shí)驗(yàn)探究的最終結(jié)論是銅與過量的濃硫酸反應(yīng)時(shí)，由于銅表面有聚氯乙烯的覆膜，反應(yīng)生成了CuCl₄^2-，與水合銅離子混合使溶液呈綠色．
（9）氯化銅稀溶液一般也呈藍(lán)色，其原因是氯化銅稀溶液，氯離子少，水分子多，則主要以水合銅離子存在，溶液主要呈現(xiàn)水合銅離子顏色藍(lán)色．
Ⅶ．拓展與聯(lián)想
（10）兩位同學(xué)聯(lián)想到銅與硝酸的反應(yīng)．通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：稀硝酸與純銅反應(yīng)所得的溶液呈藍(lán)色，而濃硝酸與純銅反應(yīng)所得溶液呈綠色，請(qǐng)根據(jù)上述的研究給出合理的解釋，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案加以證明向飽和的藍(lán)色硝酸銅溶液中通入二氧化氮?dú)怏w，觀察溶液顏色變成綠色，說明濃硝酸與純銅反應(yīng)所得溶液呈綠色即為溶解的二氧化氮引起的．

Answer 1

分析 （1）Cu與H₂SO₄（濃）在加熱條件下反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水；
（2）根據(jù)CuS和H₂SO₄（濃）反應(yīng)方程式結(jié)合H₂SO₄（濃）的+6價(jià)的S降低到0價(jià)的S計(jì)算；
（3）實(shí)驗(yàn)2是為驗(yàn)證猜測(cè)2即證明溶液中含有三價(jià)鐵離子即可；
（4）根據(jù)Cu₂SO₃•0.5H₂O中，Cu⁺離子在濃硫酸及加熱條件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-離子與濃硫酸會(huì)繼續(xù)反應(yīng)判斷；
（5）根據(jù)信息廠家常在銅表面加一層聚氯乙烯的覆膜分析；
（6）根據(jù)乙醇催化氧化成乙醛，Cu作催化劑參與的反應(yīng)過程分析；
（7）實(shí)驗(yàn)a和c是對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過觀察焰色反應(yīng)的顏色分析綠色到底是銅絲中含有的氯元素還是純銅引起的，據(jù)此分析；
（8）通過實(shí)驗(yàn)2中證明了溶液中沒有Fe³⁺．純凈的銅絲與H₂SO₄（濃）反應(yīng)，觀察到反應(yīng)后溶液呈藍(lán)色，說明Cu與過量H₂SO₄（濃）反應(yīng)溶液呈綠色與銅表面的聚氯乙烯的覆膜有關(guān)；
（9）根據(jù)氯化銅稀溶液主要以水合銅離子存在，氯合銅離子較少，顏色主要由水合銅離子決定；
（10）根據(jù)濃硝酸與純銅反應(yīng)除了生成硝酸銅以外還生成了有顏色的二氧化氮?dú)怏w，而二氧化氮?dú)怏w溶于水顯黃色，與水合銅離子藍(lán)色混合即得綠色溶液，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）Cu與H₂SO₄（濃）在加熱條件下反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，化學(xué)方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）CuS和H₂SO₄（濃）反應(yīng)生成S、CuSO₄、H₂O，方程式為：3CuS+4H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3CuSO₄+4S+4H₂O，則4molH₂SO₄（濃）參與反應(yīng)，有mol1H₂SO₄（濃）的+6價(jià)的S降低到0價(jià)的S，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6e^-，所以當(dāng)有2mol H₂SO₄參加反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，故答案為：2mol；
（3）實(shí)驗(yàn)2是為驗(yàn)證猜測(cè)2即證明溶液中含有三價(jià)鐵離子，所以實(shí)驗(yàn)2的方案設(shè)計(jì)為取反應(yīng)后的混合溶液2-3ml，加入試管中，向其中加入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，則證明含有Fe³⁺，故答案為：取反應(yīng)后的混合溶液2-3ml，加入試管中，向其中加入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，則證明含有Fe³⁺；
（4）因?yàn)镃u₂SO₃•0.5H₂O中，Cu⁺離子在濃硫酸及加熱條件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-離子與濃硫酸會(huì)繼續(xù)反應(yīng)，所以Cu₂SO₃•0.5H₂O在過量濃硫酸及其加熱條件下不可能存在，故答案為：Cu⁺離子在濃硫酸及加熱條件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-離子與濃硫酸會(huì)繼續(xù)反應(yīng)；
（5）根據(jù)信息廠家常在銅表面加一層聚氯乙烯的覆膜，所以用砂紙打磨去掉表面層的作用是除去聚氯乙烯的覆膜和氧化層，故答案為：除去聚氯乙烯的覆膜和氧化層；
（6）Cu作催化劑，將乙醇催化氧化成乙醛，參與的反應(yīng)即銅絲先灼燒生成氧化銅，趁熱放入乙醇中，氧化銅氧化乙醇生成乙醛，本身被還原為較純凈的銅單質(zhì)，所以將灼燒銅絲趁熱放入乙醇中的目的是制得較純凈的銅，故答案為：制得較純凈的銅；
（7）實(shí)驗(yàn)a為正常銅絲灼燒，根據(jù)（6）實(shí)驗(yàn)c為純銅灼燒，則a和c是對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過觀察焰色反應(yīng)的顏色分析綠色到底是銅絲中含有的氯元素還是純銅引起的，實(shí)驗(yàn)a和c的關(guān)系和目的是a、c為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)a是驗(yàn)證銅絲中是否含有氯元素和含有氯元素的物質(zhì)利用銅絲完成焰色反應(yīng)時(shí)是否為綠色火焰，實(shí)驗(yàn)c是驗(yàn)證純銅的焰色反應(yīng)是否為綠色；
故答案為：a、c為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)a是驗(yàn)證銅絲中是否含有氯元素和含有氯元素的物質(zhì)利用銅絲完成焰色反應(yīng)時(shí)是否為綠色火焰，實(shí)驗(yàn)c是驗(yàn)證純銅的焰色反應(yīng)是否為綠色；
（8）通過實(shí)驗(yàn)2中證明了溶液中沒有Fe³⁺．純凈的銅絲與H₂SO₄（濃）反應(yīng)，觀察到反應(yīng)后溶液呈藍(lán)色，說明Cu與過量H₂SO₄（濃）反應(yīng)溶液呈綠色與銅表面的聚氯乙烯的覆膜有關(guān)，則本次實(shí)驗(yàn)探究的最終結(jié)論是銅與過量的濃硫酸反應(yīng)時(shí)，由于銅表面有聚氯乙烯的覆膜，反應(yīng)生成了CuCl₄^2-，與水合銅離子混合使溶液呈綠色，故答案為：銅與過量的濃硫酸反應(yīng)時(shí)，由于銅表面有聚氯乙烯的覆膜，反應(yīng)生成了CuCl₄^2-，與水合銅離子混合使溶液呈綠色；
（9）氯化銅稀溶液，氯離子少，水分子多，則主要以水合銅離子存在，氯合銅離子較少，則顏色主要由水合銅離子決定，所以氯化銅稀溶液一般也呈藍(lán)色，故答案為：氯化銅稀溶液，氯離子少，水分子多，則主要以水合銅離子存在，溶液主要呈現(xiàn)水合銅離子顏色藍(lán)色；
（10）因?yàn)橄∠跛崤c純銅反應(yīng)生成硝酸銅所得的溶液呈藍(lán)色即水合銅離子得顏色，濃硝酸與純銅反應(yīng)除了生成硝酸銅以外還生成了有顏色的二氧化氮?dú)怏w，而二氧化氮?dú)怏w溶于水顯黃色，與水合銅離子藍(lán)色混合即得綠色溶液，則證明濃硝酸與純銅反應(yīng)所得溶液呈綠色方法為向飽和的藍(lán)色硝酸銅溶液中通入二氧化氮?dú)怏w，觀察溶液顏色變成綠色，說明濃硝酸與純銅反應(yīng)所得溶液呈綠色即為溶解的二氧化氮引起的，故答案為：向飽和的藍(lán)色硝酸銅溶液中通入二氧化氮?dú)怏w，觀察溶液顏色變成綠色，說明濃硝酸與純銅反應(yīng)所得溶液呈綠色即為溶解的二氧化氮引起的．

點(diǎn)評(píng) 本題考查探究Cu與過量H₂SO₄（濃）反應(yīng)后溶液呈綠色的原因，為高頻考點(diǎn)，把握反應(yīng)原理、物質(zhì)的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)原理的作用為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度較大．