16.同学甲和乙在完成加热条件下Cu与过量H2SO4(浓)反应实验时,预测反应后溶液为蓝色,但实际反应后发现溶液呈绿色.为探究溶液呈绿色的原因他们查阅了资料并进行实验探究.
Ⅰ.查阅资料
【资料】1黄色溶液与蓝色溶液混合呈现绿色.
2溶液中:CuCl42-呈黄色;Cu2SO3•0.5H2O呈黄色;[Cu(H2O)4]2+呈蓝色.
3为防止铜在空气中被腐蚀或增强铜的电绝缘性,厂家常在铜表面加一层聚氯乙烯的覆膜,这层覆膜肉眼是不易发现的,并且聚氯乙烯在加热条件下易分解,放出氯化氢气体.
4用铜丝燃烧法可定性确定有机物中是否存在卤素.将一根纯铜丝加热至红热,蘸上试样,放在火焰上灼烧,如存在卤素,火焰为绿色.(其他元素不具备此性质)
Ⅱ.猜测
猜测1:加热条件下Cu与H2SO4(浓)反应时有硫单质生成,胶体硫与水合铜离子混合使溶液呈绿色.
猜测2:反应后的混合液中可能有Fe3+(铜不纯,含有铁),Fe3+呈黄色,与水合铜离子混合使溶液呈绿色.
猜测3:反应生成了Cu2SO3•0.5H2O,与水合铜离子混合使溶液呈绿色.
猜测4:反应生成了CuCl42-,与水合铜离子混合使溶液呈绿色.
Ⅲ.设计实验进行验证
实验1:酒精溶解硫,取上层清液逐滴加入到CuSO4溶液中并不断搅拌,发现溶液变浑浊,但溶液依旧是蓝色.
实验2:…
(1)写出加热条件下Cu与H2SO4(浓)反应的化学方程式:Cu+2H2SO4(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O.
(2)他们分析了Cu与H2SO4(浓)反应时产生S的原因是副反应生成的CuS继续和H2SO4(浓)反应生成S.CuS和H2SO4(浓)反应中,当有2mol H2SO4参加反应时,反应中转移电子的物质的量为2mol.
(3)实验2是为验证猜测2,请完成实验2的方案设计取反应后的混合溶液2-3ml,加入试管中,向其中加入几滴KSCN溶液,若溶液变血红色,则证明含有Fe3+
Ⅳ.质疑
质疑1:同学甲认为猜测3不成立.
质疑2:同学乙认为纯铜的焰色反应也为绿色,不能通过焰色反应证明实验所用铜丝中含有氯元素.
(4)同学甲认为猜测3不成立,其原因可能是Cu+离子在浓硫酸及加热条件下被氧化成Cu2+,SO32-离子与浓硫酸会继续反应.
Ⅴ.继续设计实验
实验3:a.取一根铜丝灼烧,观察焰色.
b.取一根铜丝,用砂纸打磨去掉表面层,灼烧,观察焰色;
c.取一根铜丝灼烧,趁热放入乙醇中,取出,灼烧,观察焰色.
(5)b中用砂纸打磨去掉表面层的作用是除去聚氯乙烯的覆膜和氧化层.
(6)c中将灼烧铜丝趁热放入乙醇中的目的是制得较纯净的铜.
(7)a中观察到绿色火焰,b、c中焰色反应时无特殊颜色,没有观察到绿色火焰.实验a和c的关系和目的是a、c为对比实验,实验a是验证铜丝中是否含有氯元素和含有氯元素的物质利用铜丝完成焰色反应时是否为绿色火焰,实验c是验证纯铜的焰色反应是否为绿色.
Ⅵ.结论与解释
(8)通过实验2中证明了溶液中没有Fe3+.两位同学利用实验3中的b得到纯净的铜丝与H2SO4(浓)反应,观察到反应后溶液呈蓝色.本次实验探究的最终结论是铜与过量的浓硫酸反应时,由于铜表面有聚氯乙烯的覆膜,反应生成了CuCl42-,与水合铜离子混合使溶液呈绿色.
(9)氯化铜稀溶液一般也呈蓝色,其原因是氯化铜稀溶液,氯离子少,水分子多,则主要以水合铜离子存在,溶液主要呈现水合铜离子颜色蓝色.
Ⅶ.拓展与联想
(10)两位同学联想到铜与硝酸的反应.通过实验发现:稀硝酸与纯铜反应所得的溶液呈蓝色,而浓硝酸与纯铜反应所得溶液呈绿色,请根据上述的研究给出合理的解释,并设计实验方案加以证明向饱和的蓝色硝酸铜溶液中通入二氧化氮气体,观察溶液颜色变成绿色,说明浓硝酸与纯铜反应所得溶液呈绿色即为溶解的二氧化氮引起的.
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