Question

9．实验是学习与研究化学的重要方法．
Ⅰ．为探究浓硫酸与铜反应，甲组同学按如图装置（固定装置已略去）进行实验：
（1）F装置中发生反应的离子方程式是SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；
（2）实验过程中，能证明浓硫酸中硫元素的氧化性强于氢元素的现象是D装置中黑色固体颜色无变化，E中品红溶液褪色．
（3）实验结束后，A装置试管液体并不显蓝色，要证明所得产物中是否含有铜离子的操作方法是将A装置中试管内冷却的混合物沿杯壁（或玻璃棒）缓缓倒入盛有水的烧杯中，并不断搅拌，看溶液是否变蓝，溶液变蓝证明产物含铜离子．
Ⅱ．查阅资料：Cu₂O溶于稀硫酸生成Cu和CuSO₄，CuO在高温下可分解成Cu₂O与O₂．乙组同学选用甲组实验中部分装置（装置中试剂可更换）和装有碱石灰的干燥管G，完成制取氨气并还原氧化铜实验．
（4）乙组同学所选装置的连接顺序为A→G→D→F（填装置字母）．
（5）乙组同学实验得到红色固体X．对于红色固体X组成，讨论后有如下假设：
①红色固体X是单质Cu；
②红色固体X是Cu₂O；
③红色固体X是Cu₂O与单质Cu组成的混合物．
乙组同学取少量研碎后红色固体X投入于稀硫酸中充分振荡，现象为：固体部分溶解，溶液变成蓝色．实验证明上述假设①不成立．
（6）乙组同学欲高温燃烧法测定Cu₂O的质量分数．称得坩埚的质量为50.0g，取红色固体置于坩埚中称得总质量为70.0g，在空气中高温灼烧至质量恒定后冷却称得最后坩埚与固体总质量为71.6g．
①红色固体中Cu₂O的质量分数为36.0%．
②用一个化学方程式表示氨气还原氧化铜：10NH₃+18CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5N₂+3Cu₂O+12Cu+15H₂O．

Answer 1

分析 （1）F装置吸收二氧化硫气体，生成亚硫酸根和水；
（2）根据C中氧化铜是否被还原及E中品红溶液是否褪色判断；
（3）反应后的混合液中含有浓硫酸，不能向冷却后的溶液中加水，否则会导致液体溅出，应该类比稀释浓硫酸的方法进行操作；
（4）制取氨气并还原氧化铜，用浓氨水制取氨气，干燥生产的氨气，再与氧化铜高温加热反应还原氧化铜，最后吸收氨气，防止污染空气；
（5）根据铜元素单质和氧化物的颜色可知X可能为单质Cu或Cu₂O或Cu₂O与单质Cu组成的混合物；根据资料：Cu₂O溶于稀硫酸生成Cu和CuSO₄分析；
（6）①设红色固体中Cu的质量为x，Cu₂O的质量为y，根据铜元素质量守恒列式计算；
②根据题意氨气还原氧化铜生成氧化亚铜、铜和氮气．

解答 解：Ⅰ．（1）F装置吸收二氧化硫气体，反应为：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；
故答案为：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；
（2）由于D装置中黑色固体颜色无变化，E中溶液褪色，说明反应生成了二氧化硫，证明反应中S元素被还原，在反应中作氧化剂，而氢离子没有被还原，所以浓硫酸的中S的氧化性大于氢离子；
故答案为：D装置中黑色固体颜色无变化，E中品红溶液褪色；
（3）含有铜离子的溶液显示蓝色，需要将反应后的溶液用水稀释，由于反应后的溶液中含有浓硫酸，所以应该将A装置中试管内冷却的混合物沿杯壁（或玻璃棒）缓缓倒入盛有水的烧杯中，并不断搅拌，看溶液是否变蓝，
故答案为：将A装置中试管内冷却的混合物沿杯壁（或玻璃棒）缓缓倒入盛有水的烧杯中，并不断搅拌，看溶液是否变蓝，溶液变蓝证明产物含铜离子；
Ⅱ．（1）制取氨气并还原氧化铜，选用A装置用浓氨水制取氨气，连接碱石灰的装置G干燥生产的氨气，再与氧化铜高温加热反应还原氧化铜，最后用F装置用酸溶液吸收氨气，防止污染空气，故连接顺序为：A→G→D→F；
故答案为：A→G→D→F；
（2）X可能为单质Cu或Cu₂O或Cu₂O与单质Cu组成的混合物Cu₂O；已知：Cu₂O溶于稀硫酸生成Cu和CuSO₄，取少量研碎后红色固体X投入于稀硫酸中充分振荡，现象为：固体部分溶解，溶液变成蓝色，说明肯定含有Cu₂O，故假设①肯定不成立；
故答案为：Cu₂O；①；
（3）①根据题意，原红色固体质量为20g，高温灼烧后的固体质量为21.6g，设红色固体中Cu的质量为x，Cu₂O的质量为y，有x+y=20…Ⅰ，Cu高温生CuO，CuO在高温下可分解成Cu₂O与O₂，故最终的固体全为Cu₂O，根据铜元素质量守恒，x的Cu生成的Cu₂O质量为：$\frac{144x}{128}$g，则有$\frac{144x}{128}$+y=21.6…Ⅱ，结合Ⅰ和Ⅱ解的x=12.8，y=7.2g，故其中Cu₂O的质量分数为$\frac{7.2}{20}×100%$=36.0%；
故答案为：36.0%；
②根据题意氨气还原氧化铜生成氧化亚铜、铜和氮气．花痴反应为：10NH₃+18CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5N₂+3Cu₂O+12Cu+15H₂O；
故答案为：10NH₃+18CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5N₂+3Cu₂O+12Cu+15H₂O．

点评 本题考查了探究铜与浓硫酸的反应、铜的氧化物的反应，题目难度中等，涉及浓硫酸与铜反应、二氧化硫的还原性的实验验证、实验探究、产物的检验等知识，II为难点，充分考查了学生的分析、理解能力、数据处理及灵活应用基础知识的能力．