Question

某研究性学习小组为了研究Cu与浓H₂SO₄的反应和比较Cu的+1价化合物与+2价化合物的稳定性，设计如下实验探究方案（装置中的固定仪器和酒精灯均未画出）实验选用细铜丝、98.3%H₂SO₄、品红溶液、澄清石灰水、CCl₄、NaOH溶液等药品，铜丝被卷成螺旋状，一端投入浓H₂SO₄中，另一端露置在液面上方．

以下是该学习小组部分交流记录及后续探究实验的记录．
材料一：小组交流记录
学生1：加热前，无现象发生；加热后，液面下铜丝变黑，产生气泡，有细小黑色颗粒状物质从铜丝表面进入浓硫酸中，黑色物质是什么？值得探究！
学生2：我也观察到黑色颗粒状物质，后来逐渐转变为灰白色固体，我想该灰白色固体极有可能是未溶于浓硫酸的CuSO₄．
学生3：你们是否注意到液面以上的铜丝也发黑，而且试管上部内壁有少量淡黄色S固体凝聚，会不会液面以上的铜丝与硫发生了反应，我查资料发现：2Cu+S

V  .

Cu₂S（黑色）
材料二、探究实验剪辑
实验1：将光亮的铜丝在酒精灯火焰上灼烧变黑，然后插入稀硫酸中，铜丝重新变得光亮，溶液呈蓝绿色；将光亮的铜丝置入加热的硫蒸气中变黑，然后插入稀硫酸中无变化．
实验2：截取浓硫酸液面上方变黑的铜丝，插入稀硫酸中无变化；将浓硫酸液面下方变黑的铜丝，插入稀硫酸、黑色明显变浅，溶液呈蓝绿色．
实验3：将溶液中的黑色颗粒状物质，经过滤、稀硫酸洗、蒸馏水洗、干燥后放入氧气流中加热，然后冷却，用电子天平称重发现质量减小10%左右．
根据上述材料回答下列问题：
（1）A试管上方的长导管的作用是；

导气、冷凝、回流

；D、E两支试管中CCl₄
的作用是

防止倒吸

．
（2）加热过程中，观察到A试管中出现大量白色烟雾，起初部分烟雾在试管上部内壁析出淡黄色固体物质，在持续加热浓硫酸（沸腾）时，淡黄色固体物质又慢慢地消失．写出淡黄色固体消失的化学反应方程式：

S+2H₂SO₄（浓）

△   .

3SO₂↑+2H₂O

．
（3）对A试管中的浓H₂SO₄和铜丝进行加热，很快发现C试管中品红溶液褪色，但始终未见D试管中澄清石灰水出现浑浊或沉淀．学生1猜想是由于SO₂溶解度较大，生成了Ca（SHO₃）₂的缘故．请你设计实验验证学生1的猜想

取样后，向其中加氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成（其他答案也合理）

．
（4）根据上述研究，结合所学知识，你认为液面下方铜丝表面的黑色物质成分是：

CuO、CuS、Cu₂S

．（写化学式）
（5）学生2将反应后的反应液稀释后进行检验，发现溶液呈酸性，对比，学生2提出猜想是：铜与浓硫酸反应生成的硫酸铜水解使溶液呈酸性，请写出该水解反应的离子方程式：

Cu²⁺+H₂OCu（OH）₂+2H⁺

．
你的猜想是：

铜和浓硫酸反应的实验中硫酸过量使溶液显酸性

；
请你设计一个简单的实验以验证你的猜想：

取稀释后的溶液适量于试管中，加入足量的铁粉，若有无色无味的气体产生，证明硫酸过量（其他答案也合理）

．
（6）该研究性学习小组的同学为了比较Cu的+1价化合物和+2价化合物的稳定性，他们取98gCu（OH）₂固体，加热至80℃-100℃时，得到黑色固体粉末，继续加热到1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末X．冷却后称量，X的质量为72g．向X中加入过量稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在，据此可推得，X的化学式为

Cu₂O

，可以得出的结论是

高于100°C时Cu₂O比CuO稳定，在溶液中Cu²⁺比Cu⁺稳定

．

Answer 1

分析：（1）长导管除了导气作用之外，还可以让气体冷凝，回流；二氧化硫和强碱的反应十分剧烈，要注意防止倒吸现象的发生；
（2）硫在加热时能和浓硫酸反应；
（3）酸式盐和强碱中的氢氧根反应能得到正盐；
（4）含有铜元素的常见黑色物质有CuO、CuS、Cu₂S，结合实际来回答；
（5）铜离子是弱碱阳离子，有弱就水解，水解显酸性，根据实验实际情况来判断溶液显酸性的可能原因并进行试验验证；
（6）根据质量关系结合原子守恒来判断物质的组成情况，根据物质转化的条件和存在的状态来判断其稳定性．

解答：解：（1）根据实验装置，长导管的作用一定是能导气，但气体在导管中时间一长就会冷凝，回流，二氧化硫和强碱的反应十分剧烈，可以采用四氯化碳的作用来达到防止倒吸现象的发生的目的，
故答案为：导气、冷凝、回流；防止倒吸；
（2）浓硫酸具有强氧化性，硫在加热时能和浓硫酸反应，
故答案为：S+2H₂SO₄（浓）

△   .

3SO₂↑+2H₂O；
（3）Ca（HSO₃）₂能和强碱反应生成溶解度较小的亚硫酸钙，故答案为：取样后，向其中加氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成；
（4）将浓硫酸液面下方变黑的铜丝，插入稀硫酸、黑色明显变浅，溶液呈蓝绿色，说明黑色物质部分溶于稀硫酸，
故答案为：CuO、CuS、Cu₂S；
（5）铜离子是弱碱阳离子，有弱就水解，水解显酸性，方程式为：Cu²⁺+H₂OCu（OH）₂+2H⁺；溶液显酸性的可能原因是硫酸过量，可以加入金属铁来检验溶液中氢离子的存在，
故答案为：Cu²⁺+H₂OCu（OH）₂+2H⁺；铜和浓硫酸反应的实验中硫酸过量使溶液显酸性；取稀释后的溶液适量于试管中，加入足量的铁粉，若有无色无味的气体产生，证明硫酸过量（其他答案也合理）；
（6）98gCu（OH）₂固体加热至80℃-100℃时，得到黑色固体粉末为氧化铜80g，加热到1000℃以上，黑色粉末氧化铜全部变成红色粉末其质量为72g，根据2CuO～Cu₂O知，X恰好为Cu₂O，根据题目信息：Cu（OH）₂固体加热至80℃-100℃时，得到黑色固体粉末为氧化铜，加热到1000℃以上，得到的是氧化亚铜，可知高于100°C时Cu₂O比CuO稳定，将黑的铜丝，插入稀硫酸、黑色明显变浅，溶液呈蓝绿色，说明在溶液中Cu²⁺比Cu⁺稳定，
故答案为：Cu₂O；高于100°C时Cu₂O比CuO稳定，在溶液中Cu²⁺比Cu⁺稳定．

点评：本题是有关铜及其化合物之间的转化知识的综合题目，考查角度广，难度很大．