Question

14．某化学研究性学习小组设计实验探究铜的常见化学性质，过程设计如下．
提出猜想：
问题1：铁和铜都有变价，一般情况下，正二价铁的稳定性小于正三价的铁，正一价铜的稳定性也小于正二价的铜吗？
问题2：氧化铜有氧化性，能被H₂、CO还原，它也能被氮的某种气态氢化物还原吗？
实验探究
Ⅰ．解决问题1取一定量制得的氢氧化铜固体，于坩埚中灼烧，当温度达到80～100℃得到黑色固体粉末；继续加热至1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末氧化亚铜；取适量红色氧化亚铜粉末于洁净试管中，加入过量的稀硫酸（或盐酸），得到蓝色溶液，同时观察到试管底部还有红色固体存在．根据以上实验现象回答问题．
（1）写出氧化亚铜与稀硫酸（或盐酸）反应的离子方程式：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
（2）从实验Ⅰ可得出的结论是高温时，+1价的铜比+2价的铜稳定，而溶液中，+2价的铜比+1价的铜稳定
Ⅱ．解决问题2
设计如下装置（夹持装置未画出）：

当氮的某种气态氢化物（X）缓缓通过灼热的氧化铜时，观察到氧化铜由黑色变成了红色，无水硫酸铜变成蓝色，生成物中还有一种无污染的气体Y；将X通入灼热的CuO燃烧管完全反应后，消耗0.01mol X，测得B装置增重0.36g，并收集到0.28g单质气体Y．
（1）X气体的摩尔质量是32g/mol．
（2）C中发生反应的化学方程式为2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．问题1：铁和铜都有变价，具有相似点，正二价铁的稳定性小于正三价的铁，探究正一价铜的稳定性是否也小于正二价的铜，解决问题取一定量制得的氢氧化铜固体，于坩埚中灼烧，当温度达到80～100℃得到黑色固体粉末，继续加热至1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末氧化亚铜，说明高温时，+1价的铜比+2价的铜稳定，取适量红色氧化亚铜粉末于洁净试管中，加入过量的稀硫酸（或盐酸），Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O得到蓝色溶液，同时观察到试管底部还有红色固体存在，说明溶液中，+2价的铜比+1价的铜稳定．
（1）根据信息：红色氧化亚铜粉末于洁净试管中，加入过量的稀硫酸（或盐酸），得到蓝色溶液为+2价的铜盐溶液，同时观察到试管底部还有红色固体存在为铜单质，据此书写化学方程式；
（2）根据信息：氢氧化铜固体，于坩埚中灼烧，当温度达到80～100℃得到黑色固体粉末为氧化铜；继续加热至1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末氧化亚铜，说明高温+1价铜稳定；
Ⅱ．A中碱石灰可吸收水蒸气，C中N₂H₄和氧化铜反应：2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O，无水硫酸铜遇水变蓝，可检验水，吸收水，B装置增重0.36g，即生成0.02mol的水，单质气体Y为氮气．
（1）根据原子守恒确定气态氢化物的化学式，计算摩尔质量；
（2）根据实验现象来书写化学方程式．

解答 解：Ⅰ．问题1：铁和铜都有变价，具有相似点，正二价铁的稳定性小于正三价的铁，探究正一价铜的稳定性是否也小于正二价的铜，解决问题取一定量制得的氢氧化铜固体，于坩埚中灼烧，当温度达到80～100℃得到黑色固体粉末，继续加热至1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末氧化亚铜，说明高温时，+1价的铜比+2价的铜稳定，取适量红色氧化亚铜粉末于洁净试管中，加入过量的稀硫酸（或盐酸），Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O得到蓝色溶液，同时观察到试管底部还有红色固体存在，说明溶液中，+2价的铜比+1价的铜稳定．
（1）根据信息：红色氧化亚铜粉末于洁净试管中，加入过量的稀硫酸（或盐酸），得到蓝色溶液为+2价的铜盐溶液，同时观察到试管底部还有红色固体为铜单质，Cu₂O中+1价的铜在酸性溶液中发生氧化还原反应：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
故答案为：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O；
（2）根据信息：氢氧化铜固体，于坩埚中灼烧，当温度达到80～100℃得到黑色固体粉末；继续加热至1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末氧化亚铜，根据在不同温度下反应物的组成可确定物质的稳定性，所以高于1000℃时Cu₂O比CuO稳定，在溶液中：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，所以Cu²⁺比Cu⁺稳定，
故答案为：高温时，+1价的铜比+2价的铜稳定，而溶液中，+2价的铜比+1价的铜稳定；
Ⅱ．（1）消耗0.01mol X，测得B装置增重0.36g，即生成0.02mol的水，并收集到单质气体Y 0.28g即氮气0.01mol，根据原子守恒可以确定气态氢化物X中含有4个氢原子和2个氮原子，X的化学式为N₂H₄，其摩尔质量为32g/mol，
故答案为：32g/mol；
（2）C中发生反应的化学方程式为N₂H₄和氧化铜反应：2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O，
故答案为：2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O．

点评 本题考查实验探究和数据处理，做题时注意变价金属氧化物的性质以及质量守恒定律计算物质的化学式．题目难度中等．