Question

某化学研究性学习小组设计实验探究铜的常见化学性质，过程设计如下所示

（提出猜想）

问题1：在周期表中，铜与铝的位置很靠近，铜不如铝活泼，氢氧化铝具有两性。那么，氢氧化铜也具有两性吗？

问题2：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铁的稳定性。那么，正一价铜的稳定性也小于正二价铜的稳定性吗？

问题3：氧化铜具有氧化性，能被H₂、CO还原。那么，氧化铜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

（1）需用到的药品除1mol・ L^-1 CuSO₄溶液、稀硫酸外，还需_________（填试剂的化学式）溶液。

（2）用胆矾晶体配制1mol・L^-1 CuSO₄溶液250mL，选用的仪器除烧杯、托盘天平、药匙、玻璃棒、胶头滴管、量简外，还有________（填仪器名称）。

（3）为达到实验目的，你认为应进行哪些相关实验？

实验内容和步骤：①_________；②_______________。

Ⅱ．解决问题2

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℃时得到黑色固体粉末；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浄试管中，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冋题：

（1）写出氧化亚铜与稀硫酸（或盐酸）反应的离子方程式：_____________。

（2）从实验Ⅱ可得出的结论是_______________________。

Ⅲ．解决问题3

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CuSO₄变成了蓝色，生成物中还有一种无污染的单质气体Y；将X通入灼热的CuO燃烧管完全反应后，消耗0.01molX，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_________________。

（2）C装置中发生反应的化学方程式为__________________________。

Answer

NaOH 250mL容量瓶； 用CuSO4溶液与NaOH溶液制备Cu(OH)2； 将Cu(OH)2分别加入稀硫酸和稀NaOH溶液中，观察现象； Cu2O＋2H＋=Cu+Cu2＋＋H2O； 在高温下，正一价铜比正二价铜稳定，酸性溶液中或较低温度下正二价铜比正一价铜稳定； 32g·mol－1； 2CuO＋N2H42Cu＋N2＋2H2O。

【解析】

I.解决问题1

（1）要证明Cu(OH)2具有两性，需要进行氢氧化铜和酸以及碱反应的实验，据此选择试剂；

（2）根据配制一定体积、一定物质的量浓度的溶液所用的仪器：烧杯、托盘天平、药匙、玻璃棒、胶头滴管、250mL的容量瓶；

（3）证明Cu(OH)2具有两性，需要进行氢氧化铜和酸以及碱反应的实验；

Ⅱ.解决问题2

（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，同时观察到试管底部还有红色固体存在来书写化学方程式；

（2）根据信息：氢氧化铜固体，于坩埚中灼烧，当温度达到80~100℃得到黑色固体粉未；继续加热至1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末氧化亚铜来回答；

Ⅲ.解决问题3

A中碱石灰可吸收水蒸气，C中N2H4和氧化铜反应：2CuO＋N2H42Cu＋N2↑＋2H2O，无水硫酸铜遇水变蓝，可检验水， 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.

I.解决问题1

（1）要证明Cu(OH)2具有两性，应先加入碱生成Cu(OH)2，还需要进行氢氧化铜和酸以及碱反应的实验，据此选择试剂1mol/LCuSO4溶液、稀硫酸、氢氧化钠溶液，故答案为NaOH；

（2）配制一定体积、一定物质的量浓度的溶液所用的仪器有：烧杯、托盘天平、药匙、玻璃棒、胶头滴管、250mL的容量瓶。故答案为250mL容量瓶；

（3）证明Cu(OH)2具有两性，首先是氢氧化铜的配制，向CuSO4溶液中加入碱生成Cu(OH)2，再进行氢氧化铜和酸以及碱反应的实验，故答案为用CuSO4溶液制备Cu(OH)2；将Cu(OH)2分别加入稀硫酸和稀NaOH溶液中，观察现象；

Ⅱ.解决问题2

（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，说明生成了铜离子，同时观察到试管底部还有红色固体，说明生成了单质铜，则离子方程式为：Cu2O＋2H＋=Cu+Cu2＋＋H2O，故答案是：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°C得到黑色固体粉未；继续加热至1000°℃以上，黑色粉末全部变成红色粉未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，在酸性溶液中：Cu2O+2H＋=Cu+Cu2＋+H2O，所以Cu2＋比Cu＋稳定，故答案为在高温下，正一价铜比正二价铜稳定，酸性溶液中或较低温度下正二价铜比正一价铜稳定；

Ⅲ.解决问题3

（1）消耗0.01molX，测得B装置增重0.36g，即生成0.02mol的水，并收集到单质气体Y0.28g，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－1，故答案为32g·mol－1；

（2）C中发生反应的化学方程式为N2H4和氧化铜反应：2CuO＋N2H42Cu＋N2＋2H2O，故答案为2CuO＋N2H42Cu＋N2＋2H2O。