Question

14．某化學研究性學習小組設計實驗探究銅的常見化學性質(zhì)，過程設計如下．
提出猜想：
問題1：鐵和銅都有變價，一般情況下，正二價鐵的穩(wěn)定性小于正三價的鐵，正一價銅的穩(wěn)定性也小于正二價的銅嗎？
問題2：氧化銅有氧化性，能被H₂、CO還原，它也能被氮的某種氣態(tài)氫化物還原嗎？
實驗探究
Ⅰ．解決問題1取一定量制得的氫氧化銅固體，于坩堝中灼燒，當溫度達到80～100℃得到黑色固體粉末；繼續(xù)加熱至1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅；取適量紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中，加入過量的稀硫酸（或鹽酸），得到藍色溶液，同時觀察到試管底部還有紅色固體存在．根據(jù)以上實驗現(xiàn)象回答問題．
（1）寫出氧化亞銅與稀硫酸（或鹽酸）反應的離子方程式：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
（2）從實驗Ⅰ可得出的結論是高溫時，+1價的銅比+2價的銅穩(wěn)定，而溶液中，+2價的銅比+1價的銅穩(wěn)定
Ⅱ．解決問題2
設計如下裝置（夾持裝置未畫出）：

當?shù)�的某種氣態(tài)氫化物（X）緩緩通過灼熱的氧化銅時，觀察到氧化銅由黑色變成了紅色，無水硫酸銅變成藍色，生成物中還有一種無污染的氣體Y；將X通入灼熱的CuO燃燒管完全反應后，消耗0.01mol X，測得B裝置增重0.36g，并收集到0.28g單質(zhì)氣體Y．
（1）X氣體的摩爾質(zhì)量是32g/mol．
（2）C中發(fā)生反應的化學方程式為2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．問題1：鐵和銅都有變價，具有相似點，正二價鐵的穩(wěn)定性小于正三價的鐵，探究正一價銅的穩(wěn)定性是否也小于正二價的銅，解決問題取一定量制得的氫氧化銅固體，于坩堝中灼燒，當溫度達到80～100℃得到黑色固體粉末，繼續(xù)加熱至1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅，說明高溫時，+1價的銅比+2價的銅穩(wěn)定，取適量紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中，加入過量的稀硫酸（或鹽酸），Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O得到藍色溶液，同時觀察到試管底部還有紅色固體存在，說明溶液中，+2價的銅比+1價的銅穩(wěn)定．
（1）根據(jù)信息：紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中，加入過量的稀硫酸（或鹽酸），得到藍色溶液為+2價的銅鹽溶液，同時觀察到試管底部還有紅色固體存在為銅單質(zhì)，據(jù)此書寫化學方程式；
（2）根據(jù)信息：氫氧化銅固體，于坩堝中灼燒，當溫度達到80～100℃得到黑色固體粉末為氧化銅；繼續(xù)加熱至1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅，說明高溫+1價銅穩(wěn)定；
Ⅱ．A中堿石灰可吸收水蒸氣，C中N₂H₄和氧化銅反應：2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O，無水硫酸銅遇水變藍，可檢驗水，吸收水，B裝置增重0.36g，即生成0.02mol的水，單質(zhì)氣體Y為氮氣．
（1）根據(jù)原子守恒確定氣態(tài)氫化物的化學式，計算摩爾質(zhì)量；
（2）根據(jù)實驗現(xiàn)象來書寫化學方程式．

解答 解：Ⅰ．問題1：鐵和銅都有變價，具有相似點，正二價鐵的穩(wěn)定性小于正三價的鐵，探究正一價銅的穩(wěn)定性是否也小于正二價的銅，解決問題取一定量制得的氫氧化銅固體，于坩堝中灼燒，當溫度達到80～100℃得到黑色固體粉末，繼續(xù)加熱至1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅，說明高溫時，+1價的銅比+2價的銅穩(wěn)定，取適量紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中，加入過量的稀硫酸（或鹽酸），Cu₂O+2H⁺=Cu²⁺+Cu+H₂O得到藍色溶液，同時觀察到試管底部還有紅色固體存在，說明溶液中，+2價的銅比+1價的銅穩(wěn)定．
（1）根據(jù)信息：紅色氧化亞銅粉末于潔凈試管中，加入過量的稀硫酸（或鹽酸），得到藍色溶液為+2價的銅鹽溶液，同時觀察到試管底部還有紅色固體為銅單質(zhì)，Cu₂O中+1價的銅在酸性溶液中發(fā)生氧化還原反應：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，
故答案為：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O；
（2）根據(jù)信息：氫氧化銅固體，于坩堝中灼燒，當溫度達到80～100℃得到黑色固體粉末；繼續(xù)加熱至1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末氧化亞銅，根據(jù)在不同溫度下反應物的組成可確定物質(zhì)的穩(wěn)定性，所以高于1000℃時Cu₂O比CuO穩(wěn)定，在溶液中：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，所以Cu²⁺比Cu⁺穩(wěn)定，
故答案為：高溫時，+1價的銅比+2價的銅穩(wěn)定，而溶液中，+2價的銅比+1價的銅穩(wěn)定；
Ⅱ．（1）消耗0.01mol X，測得B裝置增重0.36g，即生成0.02mol的水，并收集到單質(zhì)氣體Y 0.28g即氮氣0.01mol，根據(jù)原子守恒可以確定氣態(tài)氫化物X中含有4個氫原子和2個氮原子，X的化學式為N₂H₄，其摩爾質(zhì)量為32g/mol，
故答案為：32g/mol；
（2）C中發(fā)生反應的化學方程式為N₂H₄和氧化銅反應：2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O，
故答案為：2CuO+N₂H₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+N₂↑+2H₂O．

點評 本題考查實驗探究和數(shù)據(jù)處理，做題時注意變價金屬氧化物的性質(zhì)以及質(zhì)量守恒定律計算物質(zhì)的化學式．題目難度中等．