Question

室温下，某实验小组探究等量且表面积相同的镁条与硫酸铜溶液的反应。（注：反应前镁条用砂纸打磨除去表面氧化膜且镁条过量）

实验	操作	实验现象
Ⅰ	4mL 0.1mol/LCuSO4溶液（pH约为4.2）	1.有无色无味气体生成 2.镁条表面逐渐生成大量黑褐色膨松状不溶物 3.反应一段时间后，溶液逐渐变浑浊，有蓝绿色沉淀生成
Ⅱ	4mL 0.5mol/LCuSO4溶液（pH约为3.6）	1.有大量无色无味气体生成 2.镁条表面逐渐生成红褐色不溶物 3.反应一段时间后，溶液中逐渐有蓝绿色沉淀生成，镁条上红褐色物质脱落，有光亮的红色物质生成
Ⅲ		开始无明显现象，一段时间后产生微量无色无味气体

(1)实验Ⅰ中生成的无色无味气体的主要成分是________，产生原因是_________(用简单文字和离子方程式表示）。设计实验Ⅲ的目的是________。

(2)为了探究实验Ⅰ中黑褐色不溶物的成分，做实验Ⅳ。

实验	操作	实验现象
Ⅳ		1.加入浓盐酸后，沉淀部分溶解。溶液为黄色 2.多次洗涤后的残余固体加入浓硝酸，有大量红棕色气体生成，溶液变为蓝色

查阅资料：Cu₂O可溶于浓盐酸，得到黄色溶液。

经检测，黑褐色不溶物中含有Cu₂O，请解释Cu₂O产生的可能原因_________。由实验Ⅳ可以推测，黑褐色不溶物中还含有_______。残余固体加入浓硝酸时，反应的化学方程式是________。

(3)经X射线检测，蓝绿色沉淀中含Cu²⁺、SO₄^2-、OH^—。小组同学查阅资料：碱式硫酸铜（Cu₂(OH)₂SO₄）是一种绿色晶体，在水中溶解度极小，能溶于稀酸和氨水。据此对沉淀成分提出两种假设：

i．是（Cu₂(OH)₂SO₄）；

ii．是Cu(OH)₂和（Cu₂(OH)₂SO₄）的混合。

经检验，最终确定蓝绿色沉淀的成分是碱式硫酸铜。请设计实验证明假设i成立________。

(4)根据上述实验推断，镁与硫酸铜溶液产物的生成与__________有关。

Answer

H2 Cu2++2H2OCu(OH)2 +2H+，水解溶液显酸性，镁可以和H+反应生成H2 排除溶液中水对反应的干扰 在该条件下，镁与硫酸铜溶液反应时，部分Cu2+没有被还原为Cu，而是被还原为Cu2O Cu Cu+4HNO3(浓）=Cu(NO3)2 +2NO2↑+2H2O 取a g 蓝绿色沉淀于试管中，加足量盐酸溶解后加入过量的BaCl2完全沉淀，过滤、洗涤、干燥后称重 。若沉淀质量为g，则沉淀为碱式硫酸铜 温度、溶液浓度、溶液pH等

【解析】

(1)硫酸铜为强酸弱碱盐，水解呈酸性；实验Ⅲ开始无现象，生成微量气体，起到对照试验作用；
(2)Cu由+2价降低为+1价，可生成Cu2O；由题给信息可知Cu2O可溶于浓盐酸，则剩余不溶物应含有其他还原性物质，与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水；
(3)固体加入盐酸生成铜离子和硫酸根，加入氯化钡溶液生成硫酸钡，可根据硫酸钡和蓝色沉淀的质量关系确定；
(4)实验Ⅰ、Ⅱ在不同浓度、pH条件下反应，反应现象不同，可说明产物不同。

(1)硫酸铜为强酸弱碱盐，水解呈酸性，发生Cu2++2H2O⇌Cu(OH)2 +2H+，生成气体为氢气，实验Ⅲ开始无现象，生成微量气体，起到对照试验作用，可排除溶液中水对反应的干扰，
故答案为：H2；Cu2++2H2O⇌Cu(OH)2 +2H+，水解溶液显酸性，镁可以和H+反应生成H2 ；排除溶液中水对反应的干扰；
(2)黑褐色不溶物中含有Cu2O，说明在该条件下，镁与硫酸铜溶液反应时，部分Cu2+没有被还原为Cu，而是被还原为Cu2O；由题给信息可知Cu2O可溶于浓盐酸，则剩余不溶物应含有其他还原性物质，与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，再结合元素守恒可知该不溶物为铜单质，方程式为 Cu+4HNO3(浓)═Cu(NO3)2 +2NO2↑+2H2O，
故答案为：在该条件下，镁与硫酸铜溶液反应时，部分Cu2+没有被还原为Cu，而是被还原为Cu2O；Cu； Cu+4HNO3(浓)═Cu(NO3)2 +2NO2↑+2H2O；
(3)如最终确定蓝绿色沉淀的成分是碱式硫酸铜，则1mol碱式硫酸铜质量为258g，可生成1mol硫酸钡，质量为233g，则可取a g 蓝绿色沉淀于试管中，加足量盐酸溶解后加入过量的BaCl2完全沉淀，过滤、洗涤、干燥后称重。若沉淀质量为g，则沉淀为碱式硫酸铜，
故答案为：取a g 蓝绿色沉淀于试管中，加足量盐酸溶解后加入过量的BaCl2完全沉淀，过滤、洗涤、干燥后称重。若沉淀质量为g，则沉淀为碱式硫酸铜；
(4)实验Ⅰ、Ⅱ在不同的pH条件下反应，反应现象不同，可说明产物不同，且反应一段时间，温度变化，说明实验的温度对反应的产物有影响，
故答案为：温度、溶液浓度、溶液pH等。