某研究性學(xué)習(xí)小組為了研究Cu與濃H
2SO
4的反應(yīng)和比較Cu的+1價(jià)化合物與+2價(jià)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(huà)出)實(shí)驗(yàn)選用細(xì)銅絲、98.3%H
2SO
4、品紅溶液、澄清石灰水、CCl
4、NaOH溶液等藥品,銅絲被卷成螺旋狀,一端投入濃H
2SO
4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(wú)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(lái)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛野咨腆w,我想該灰白色固體極有可能是未溶于濃硫酸的CuSO
4.
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?jī)?nèi)壁有少量淡黃色S固體凝聚,會(huì)不會(huì)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+S
Cu
2S(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(wú)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(wú)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(guò)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(chēng)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(wèn)題:
(1)A試管上方的長(zhǎng)導(dǎo)管的作用是;
導(dǎo)氣、冷凝、回流
導(dǎo)氣、冷凝、回流
;D、E兩支試管中CCl
4
的作用是
防止倒吸
防止倒吸
.
(2)加熱過(guò)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?jī)?nèi)壁析出淡黃色固體物質(zhì),在持續(xù)加熱濃硫酸(沸騰)時(shí),淡黃色固體物質(zhì)又慢慢地消失.寫(xiě)出淡黃色固體消失的化學(xué)反應(yīng)方程式:
.
(3)對(duì)A試管中的濃H
2SO
4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(jiàn)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SO
2溶解度較大,生成了Ca(SHO
3)
2的緣故.請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生1的猜想
取樣后,向其中加氫氧化鈉溶液,觀察是否有沉淀生成(其他答案也合理)
取樣后,向其中加氫氧化鈉溶液,觀察是否有沉淀生成(其他答案也合理)
.
(4)根據(jù)上述研究,結(jié)合所學(xué)知識(shí),你認(rèn)為液面下方銅絲表面的黑色物質(zhì)成分是:
CuO、CuS、Cu2S
CuO、CuS、Cu2S
.(寫(xiě)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(duì)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(qǐng)寫(xiě)出該水解反應(yīng)的離子方程式:
Cu
2++H
2O
Cu(OH)
2+2H
+Cu
2++H
2O
Cu(OH)
2+2H
+.
你的猜想是:
銅和濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中硫酸過(guò)量使溶液顯酸性
銅和濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中硫酸過(guò)量使溶液顯酸性
;
請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證你的猜想:
取稀釋后的溶液適量于試管中,加入足量的鐵粉,若有無(wú)色無(wú)味的氣體產(chǎn)生,證明硫酸過(guò)量(其他答案也合理)
取稀釋后的溶液適量于試管中,加入足量的鐵粉,若有無(wú)色無(wú)味的氣體產(chǎn)生,證明硫酸過(guò)量(其他答案也合理)
.
(6)該研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)為了比較Cu的+1價(jià)化合物和+2價(jià)化合物的穩(wěn)定性,他們?nèi)?8gCu(OH)
2固體,加熱至80℃-100℃時(shí),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(chēng)量,X的質(zhì)量為72g.向X中加入過(guò)量稀硫酸,得到藍(lán)色溶液,同時(shí)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
Cu2O
Cu2O
,可以得出的結(jié)論是
高于100°C時(shí)Cu2O比CuO穩(wěn)定,在溶液中Cu2+比Cu+穩(wěn)定
高于100°C時(shí)Cu2O比CuO穩(wěn)定,在溶液中Cu2+比Cu+穩(wěn)定
.