Question

9．某校化学研究性学习小组在学习了金属的知识后，探究Cu的常见化合物的性质．过程如下：
【提出问题】
①在元素周期表中，Cu、Al位置接近，Cu不如Al活泼，Al（OH）₃具有两性，Cu（OH）₂也具有两性吗？
②通常情况下，Fe²⁺的稳定性小于Fe³⁺的，Cu⁺的稳定性小于Cu²⁺的吗？
③CuO有氧化性，能被H₂、CO等还原，也能被NH₃还原吗？
【实验方案】
（1）解决问题①需用到的药品有CuSO₄溶液、稀硫酸、氢氧化钠溶液（填试剂名称，一种或多种），同时进行相关实验．
（2）解决问题②的实验步骤和现象如下：取 98g Cu（OH）₂固体，加热至80～100℃时，得到80g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A．冷却后称量，A的质量为72g，A的化学式为Cu₂O．向A中加入足量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在，则反应的离子方程式为Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O．
（3）为解决问题③，设计的实验装置如图所示（夹持及尾气处理装置未画出）：实验中观察到CuO变为红色物质．查资料可知，同时生成一种无污染的气体，该气体的化学式为N₂．

【实验结论】
（4）Cu（OH）₂具有两性．证明Cu（OH）₂具有两性的实验现象是Cu（OH）₂既能溶解于强酸，又能溶解于强碱．
（5）根据实验方案（2），得出的Cu⁺和Cu²⁺稳定性大小的结论：在高温时Cu⁺稳定性大于Cu²⁺；在酸性溶液中Cu²⁺稳定性大于Cu⁺．
（6）CuO能被NH₃还原．有同学认为NH₃与CuO反应后生成的红色物质是Cu，也有同学认为NH₃与CuO反应后生成的红色物质是Cu和A的混合物．请你设计一个简单的实验方案验证NH₃与CuO反应后生成的红色物质中是否含有A：
取NH₃与CuO反应后生成的红色物质少许，加入稀硫酸中，若溶液变为蓝色，说明红色物质中含有A，反之则无．

Answer 1

分析 【实验方案】
（1）要证明Cu（OH）₂具有两性，应先加入碱生成Cu（OH）₂，根据提供的药品可确定还需要的药品；
（2）根据质量守恒计算中含有1molCu，质量为64g，剩余为O元素；依据反应现象书写离子方程式；
（3）根据反应遵循质量守恒定律和该气体物污染确定气体的化学式；
【实验结论】
（4）根据两性氢氧化物的性质来分析，如具有两性，Cu（OH）₂既能溶解于强酸，又能溶解于强碱；
（5）根据在不同温度下反应物的组成可确定物质的稳定性；
【问题讨论】
（6）A为Cu₂O，在酸性条件下不稳定，可加入酸进行检验．

解答 解：【实验方案】（1）Cu不如Al活泼，可以用硫酸溶液进行验证，要证明Cu（OH）₂具有两性，应先加入碱生成Cu（OH）₂，药品中缺少氢氧化钠溶液，
故答案为：稀硫酸、氢氧化钠溶液；
（2）98g Cu（OH）₂固体的物质的量为1mol，解热分解生成的72g固体中含有Cu的质量为1mol，即64g，则氧原子的质量为72g-64g8g，n（O）=$\frac{8g}{16g/mol}$=0.5mol，
则A中n（Cu）：n（O）=2：1，向A中加入适量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在，说明生成了铜和铜离子，反应的离子方程式为：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
故答案为：Cu₂O；Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O；
（3）氧化铜和氨气反应生成红色物质铜，根据反应遵循质量守恒定律和该气体无污染确定气体为氮气，故答案为：N₂；
【实验结论】
（4）如具有两性，Cu（OH）₂既能溶解于强酸，又能溶解于强碱，分别生成盐和水，
故答案为：Cu（OH）₂既能溶解于强酸，又能溶解于强碱；
（5）80℃～100℃时，得到黑色固体粉末，为CuO，继续加热到1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末，说明在较高温度时Cu₂O稳定，与酸反应生成硫酸铜和铜，说明在酸性条件下+2价的铜稳定，
故答案为：Cu⁺稳定性大于Cu²⁺；Cu²⁺稳定性大于Cu⁺；
【问题讨论】
（6）如含有Cu₂O，根据其与酸反应的现象可判断，方程式为：Cu₂O+H₂SO₄═Cu+CuSO₄+H₂O，溶液变蓝，而铜与稀硫酸不反应，取样加入稀硫酸，如果得到蓝色溶液和红色固体说明有A，如果不溶解说明无A，
故答案为：取NH₃与CuO反应后生成的红色物质少许，加入稀硫酸中，若溶液变为蓝色，说明红色物质中含有A，反之则无．

点评 本题考查实验探究和数据处理，做题时注意两性氢氧化物的性质以及质量守恒定律计算物质的化学式，注意知识积累和熟练掌握，题目难度中等．