Question

19．某研究小組為探究Cu的化學(xué)性質(zhì)及溶液環(huán)境對反應(yīng)的影響，設(shè)計(jì)并完成了下列實(shí)驗(yàn)．
Ⅰ．探究Cu的化學(xué)性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)	試劑1	試劑2	操作及現(xiàn)象
①	銅絲	氯氣	將加熱后的銅絲伸入盛有氯氣的集氣瓶中，產(chǎn)生棕黃色的煙
②		稀硝酸	產(chǎn)生無色氣體，遇空氣變?yōu)榧t棕色
③		0.1mol/LKMnO4溶液	加熱后，銅絲表面有黑色物質(zhì)，溶液顏色無明顯變化

（1）根據(jù)化合價分析，在化學(xué)反應(yīng)中銅主要體現(xiàn)出的化學(xué)性質(zhì)是還原性．
（2）寫出銅與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）向?qū)嶒?yàn)①的集氣瓶中加水，隨著水量的增加，溶液由黃色變?yōu)榫G色，最后變?yōu)樗{(lán)色．
【查閱資料】
�。�黃色與藍(lán)色混合呈現(xiàn)綠色．
ⅱ．溶液中存在如下平衡：[Cu（H₂O）₄]²⁺+4Cl^-?[CuCl₄]^2-+4H₂O
利用化學(xué)用語和文字解釋溶液顏色變化的原因：[CuCl₄]^2-+4H₂O?[Cu（H₂O）₄]²⁺+4 Cl^-，加水過程中，平衡正向移動，隨著[Cu（H₂O）₄]²⁺的增加，溶液由黃色變?yōu)榫G色，最后變?yōu)樗{(lán)色．
（4）反應(yīng)③中溶液顏色無明顯變化，是因?yàn)橹行原h(huán)境下反應(yīng)很難進(jìn)行．銅表面黑色的物質(zhì)為CuO，同時有MnO₂生成，則中性環(huán)境下反應(yīng)很難進(jìn)行的原因是：生成的CuO覆蓋在銅的表面阻止反應(yīng)繼續(xù)．
Ⅱ．探究溶液環(huán)境對反應(yīng)的影響
為進(jìn)一步研究酸堿性對銅與0.1mol/L KMnO₄溶液反應(yīng)的影響，設(shè)計(jì)如圖實(shí)驗(yàn)：

環(huán)境	反應(yīng)現(xiàn)象
酸性	溶液紫紅色變淺
堿性（1mL 1mol/L NaOH溶液）	無明顯現(xiàn)象

（1）探究酸性條件下反應(yīng)時，試劑X是．溶液顏色變淺能否說明銅與0.1mol/L KMnO₄溶液在酸性條件下發(fā)生了反應(yīng)，理由是如果加入H₂SO₄溶液的體積是1 mL，對比堿性條件下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，則能說明發(fā)生了反應(yīng)，如果加入H₂SO₄溶液的體積是大于1 mL，則有可能是稀釋作用導(dǎo)致的溶液顏色變淺．
（2）對于銅與0.1mol/L KMnO₄溶液在堿性環(huán)境下的反應(yīng)提出如下假設(shè)：
假設(shè)Ⅰ：0.1mol/L KMnO₄溶液在堿性環(huán)境下不能將銅氧化；
假設(shè)Ⅱ：0.1mol/L KMnO₄溶液在堿性環(huán)境下與銅反應(yīng)較慢．
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：
將銅絲緊密纏繞在碳棒上放入堿性的溶液A中，溶液很快由紫紅色變?yōu)樯罹G色、．一段時間后，溶液變?yōu)闇\藍(lán)綠色，試管底部出現(xiàn)棕褐色粉末（MnO₂）．①反應(yīng)加快的原因是發(fā)生了電化學(xué)腐蝕，其正極發(fā)生的電極反應(yīng)式為：MnO₄^-+e^-→MnO₄^2-、MnO₄^2-+2e^-+2H₂O=MnO₂+4OH^-．
②通過上述實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論．

Answer 1

分析 Ⅰ．探究Cu的化學(xué)性質(zhì)：（1）氧化還原反應(yīng)中，失去電子的反應(yīng)物為還原劑，表現(xiàn)還原性，銅為金屬，在氧化還原反應(yīng)中易失去電子，化合價升高，表現(xiàn)出還原性；
（2）銅和稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、一氧化氮和水；
（3）黃色與藍(lán)色混合呈現(xiàn)綠色，氯化銅在溶液中為藍(lán)綠色，氯化銅在溶液中以[Cu（H₂O）₄]²⁺存在，加水過程中，隨著[Cu（H₂O）₄]²⁺的增加，其濃度不同，顏色不同；
【查閱資料】（4）銅在空氣中加熱生成氧化銅，在中性溶液中氧化銅不溶解，阻礙銅與KMnO₄溶液反應(yīng)．
Ⅱ．（1）因高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，所以選擇酸為非還原性的酸；對照實(shí)驗(yàn)需除酸堿性不同，其它條件都相同，該實(shí)驗(yàn)需體積、濃度相同；
（2）①電化學(xué)腐蝕，正極上高錳酸根離子得電子生成錳酸根離子，錳酸根離子得電子生成棕褐色MnO₂和氫氧根離子；
②將銅絲緊密纏繞在碳棒上放入堿性的溶液A中，試管底部出現(xiàn)棕褐色粉末，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，說明堿性條件下銅單質(zhì)可以與KMnO₄溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，對照實(shí)驗(yàn)說明反應(yīng)速度很慢，（或假設(shè)Ⅱ成立）．

解答 解：Ⅰ．探究Cu的化學(xué)性質(zhì)：（1）銅和氯氣反應(yīng)生成氯化銅，銅元素的化合價變化為0價升高為+2價，表現(xiàn)出還原性，銅與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銅，銅元素的化合價變化為0價升高為+2價，表現(xiàn)出還原性，銅絲加熱后，銅絲表面有黑色物質(zhì)，生成氧化銅，銅元素的化合價變化為0價升高為+2價，表現(xiàn)出還原性，所以根據(jù)化合價分析，在化學(xué)反應(yīng)中銅主要體現(xiàn)出的化學(xué)性質(zhì)是還原性，
故答案為：還原性；
（2）銅和稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、一氧化氮和水，反應(yīng)的離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）氯化銅在溶液中：[CuCl₄]^2-+4H₂O?[Cu（H₂O）₄]²⁺+4 Cl^-，以[Cu（H₂O）₄]²⁺存在，其濃度不同，顏色不同，加水過程中，平衡正向移動，隨著[Cu（H₂O）₄]²⁺的增加，溶液由黃色變?yōu)榫G色，最后變?yōu)樗{(lán)色，
故答案為：[CuCl₄]^2-+4H₂O?[Cu（H₂O）₄]²⁺+4 Cl^-，加水過程中，平衡正向移動，隨著[Cu（H₂O）₄]²⁺的增加，溶液由黃色變?yōu)榫G色，最后變?yōu)樗{(lán)色；
【查閱資料】（4）銅在空氣中加熱生成氧化銅，反應(yīng)③中溶液顏色無明顯變化，是因?yàn)橹行原h(huán)境下，銅表面黑色的CuO，不溶解，阻礙銅與KMnO₄溶液反應(yīng)，
故答案為：生成的CuO覆蓋在銅的表面阻止反應(yīng)繼續(xù)繼續(xù)；
Ⅱ．（1）因高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，所以選擇酸為非還原性的酸，所以探究酸性條件下反應(yīng)時，試劑X是H₂SO₄溶液，對照實(shí)驗(yàn)需除酸堿性不同，其它條件都相同，如果加入H₂SO₄溶液的體積是1 mL，對比堿性條件下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，則能說明發(fā)生了反應(yīng)，如果加入H₂SO₄溶液的體積是大于1 mL，則有可能是稀釋作用導(dǎo)致的溶液顏色變淺，
故答案為：H₂SO₄溶液；如果加入H₂SO₄溶液的體積是1 mL，對比堿性條件下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，則能說明發(fā)生了反應(yīng)，如果加入H₂SO₄溶液的體積是大于1 mL，則有可能是稀釋作用導(dǎo)致的溶液顏色變淺；
（2）①電化學(xué)腐蝕，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，高錳酸根離子得電子生成錳酸根離子，MnO₄^-+e^-→MnO₄^2-，錳酸根離子得電子生成棕褐色MnO₂和氫氧根離子，MnO₄^2-+2e^-+2H₂O=MnO₂+4OH^-，
故答案為：MnO₄^-+e^-→MnO₄^2-、MnO₄^2-+2e^-+2H₂O=MnO₂+4OH^-；
②探究溶液環(huán)境對反應(yīng)的影響，將銅絲緊密纏繞在碳棒上放入堿性的溶液A中，溶液很快由紫紅色變?yōu)樯罹G色，一段時間后，試管底部出現(xiàn)棕褐色粉末，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，對照堿性（1mL 1mol/L NaOH溶液），無明顯現(xiàn)象，說明堿性條件下銅單質(zhì)可以與KMnO₄溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，但反應(yīng)速度很慢，（或假設(shè)Ⅱ成立），
答：堿性條件下銅單質(zhì)可以與KMnO₄溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，但反應(yīng)速度很慢，（或假設(shè)Ⅱ成立）．

點(diǎn)評 本題考查了探究Cu的化學(xué)性質(zhì)及溶液環(huán)境對反應(yīng)的影響實(shí)驗(yàn)，掌握銅及其化合物的性質(zhì)以及高錳酸根的性質(zhì)是解答關(guān)鍵，側(cè)重學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和分析能力的考查，注意電化學(xué)高頻考點(diǎn)的掌握，題目難度中等．