题目内容

【题目】某实验小组同学对影响 CuSO4 溶液和浓氨水反应产物的因素进行了如下探究。

(查阅资料)

Cu(OH)2(s) Cu2+ + 2OH- Ksp = 2.2×10-20 Cu2+ + 4NH3 K = 4.8×10-14

Cu(NH3)4SO4·H2O 是一种易溶于水、难溶于乙醇的深蓝色固体, 加热分解有氨气放出。Cu(NH3)4SO4·H2O 在乙醇-水混合溶剂中的溶解度如下图所示。

(实验 1CuSO4 溶液和浓氨水的反应。

序号

实验内容

实验现象

1-1

2 mL 0.1 mol/L CuSO4(pH=3.2)中逐滴加入 2 mL 1 mol/L 氨水

立即出现浅蓝色沉淀,溶液变无色; 随后沉淀逐渐溶解,溶液变为蓝色;最终得到澄清透明的深蓝色溶液 A

1-2

2 mL 1 mol/L 氨水中逐滴加入 2 mL 0.1 mol/L CuSO4(pH=3.2)

始终为澄清透明的深蓝色溶液 B

(1)进一步实验证明,深蓝色溶液 AB 中均含有,相应的实验方案为______________________(写出实验操作及现象)

(实验 2)探究影响 CuSO4 溶液和浓氨水反应产物的因素。

序号

实验内容

实验现象

2-1

向实验 1-2 所得深蓝色溶液 B 中继续加入 2 mL 0.1 mol/L CuSO4(pH=3.2)

有浅蓝色沉淀生成,溶液颜色变浅

2-2

向实验 1-2 所得深蓝色溶液 B 中继续加入 1 mol/L NaOH

有浅蓝色沉淀生成,上层清液接近无色

2-3

2 mL 0.1 mol/L 氨水中逐滴加入2 mL 0.1 mol/L CuSO4(pH=3.2)

有浅蓝色沉淀生成,上层清液接近无色

(2)依据实验 2-1,甲同学认为 Cu2+浓度是影响 CuSO4 溶液和浓氨水反应产物的因素之一。乙同学认为实验 2-1 没有排除硫酸铜溶液呈酸性的干扰,并设计了如下对比实验:

序号

实验内容

实验现象

2-4

向实验 1-2 所得深蓝色溶液 B 中继续加入 2 mL 试剂 a

无明显现象

①用化学用语表示硫酸铜溶液呈酸性的原因:___________________________

②试剂 a ___________________________

(3)利用平衡移动原理对实验 2-2 的现象进行解释:____________________________

(4)实验 2-3 的目的是__________________________

(5)综合上述实验可以推测, 影响 CuSO4 溶液和浓氨水反应产物的因素有________________________

【答案】向深蓝色溶液中加入大量乙醇,出现深蓝色沉淀,过滤洗涤沉淀后,将沉淀置于试管中加热,并将湿润的红色石蕊试纸放在试管口,观察到红色的石蕊试纸变蓝 Cu2+ +2H2OCu(OH)2+2H+ c(SO42-)= 0.1 mol/LpH=3.2的硫酸硫酸钠混合溶液 存在 Cu2+ + 4NH3,当加入氢氧化钠溶液,氢氧根离子和铜离子结合成氢氧化铜浅蓝色沉淀,使平衡向右移动,浓度降低,溶液变为无色 与实验 1-2对比,探究其它条件相同的情况下,氨水浓度对反应产物的影响; 铜离子的浓度、溶液的碱性、氨水的浓度(或氨水的浓度、硫酸铜和氨水的相对用量)

【解析】

根据控制变量法分析影响 CuSO4 溶液和浓氨水反应产物的因素。

1)因为Cu(NH3)4SO4·H2O是一种易溶于水、难溶于乙醇的深蓝色固体, 加热分解有氨气放出,所以检验溶液 AB 中均含有,向溶液中加入大量乙醇,出现深蓝色沉淀,过滤洗涤沉淀后,将沉淀置于试管中加热,并将湿润的红色石蕊试纸放在试管口,观察到红色的石蕊试纸变蓝;

2硫酸铜是强酸弱碱盐,铜离子水解使溶液显酸性,水解的离子方程式是Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+

跟据乙同学认为实验 2-1 没有排除硫酸铜溶液呈酸性的干扰,根据控制变量法,应设计一个对比实验,对比在没有Cu2+c(SO42-)pH相同的条件下对反应产物的影响,所以可以加入c(SO42-)= 0.1 mol/LpH=3.2的硫酸—硫酸钠混合溶液,排除酸性溶液的干扰;

(3) Cu2++ 4NH3是可逆反应,当加入氢氧化钠溶液时,铜离子与氢氧根离子反应生成氢氧化铜沉淀,使铜离子浓度减少,依据勒夏特列原理,平衡向向右移动,浓度降低,溶液变为无色;

4)实验 2-3是对比实验,与实验 1-2对比,探究其它条件相同的情况下,氨水浓度对反应产物的影响;

(5)有实验2-12-22-3可以推测,影响CuSO4 溶液和浓氨水反应产物的因素有铜离子的浓度、溶液的碱性、氨水的浓度(或氨水的浓度、硫酸铜和氨水的相对用量)。

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已知:2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-221 kJ/mol

C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-393.5 kJ/mol

N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=+181 kJ/mol

1)若某反应的平衡常数表达式为K=,请写出此反应的热化学方程式:_______;下列措施能够增大此反应中NO的转化率的是(填字母代号)____________

a.增大容器压强 b.升高温度 c.使用优质催化剂 d.增大CO的浓度

2)向容积为2L的密闭容器中加入活性炭(足量)NO,发生反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)NON2的物质的量变化如下表所示。

物质的量/mol

T1/

T2/

0

5 min

10 min

15 min

20 min

25 min

30 min

NO

2.0

1.16

0.80

0.80

0.50

0.40

0.40

N2

0

0.42

0.60

0.60

0.75

0.80

0.80

05min内,以CO2表示的该反应速率v(CO2)=______,该条件下的平衡常数K=_____

②第15 min后,温度调整到T2,数据变化如上表所示,则T1_______T2(填)。

③若30min时,保持T2不变,向该容器中再加入该四种反应混合物各2 mol,则此时反应_______移动(填正向逆向)。

3)工业上可以用氨水除去反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)中产生的CO2,得到NH4HCO3溶液,反应NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=____________。(已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5H2CO3的电离平衡常数Ka1=4×10-7Ka2=4×10-11,水的离子积常数Kw=1×10-14

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