Question

某化学小组为研究甲醛和新制Cu(OH)₂反应，进行如下探究，该小组设计下图装置(气密性良好并进行实验：向试管中依次加入6mol•L^-1NaOH溶液12mL0.5mol•L^-1CuSO₄溶液8mL，振荡，再加入40%的甲醛溶液6mL，放入65°C水浴中加热，20min后冷却至室温；反应过程中观察到有红色固体生成，有少量气体产生并收集该气体。回答下列问题：

已知：Cu₂O易溶于浓氨水形成[Cu ( NH₃)₄]^＋(无色），它在空气中能被氧化为[Cu(NH₃)₄]²⁺(蓝色)。

(1)实验中NaOH溶液过量的目的是__________。使用水浴加热的目的是_______________。

(2)跟乙醛与氢氧化铜的反应相似，甲醛和新制Cu (OH)₂反应的产物为甲酸钠、氧化亚铜和水。该小组同学通过查阅资料发现，甲醛和新制Cu(OH)₂还能发生下列反应：

HCHO+Cu(OH)₂Cu+CO↑+2H₂O

HCHO+4Cu(OH)₂+2NaOH2Cu₂O+Na₂CO₃+6H₂O

小组同学对实验中红色固体产物的组成作出猜想：铜或氧化亚铜或它们的混合物；为了验证固体产物，设计如下实验方案并进行实验(以下每步均充分反应）：

①摇动锥形瓶 i 的目的是_________。

②锥形瓶 ii 中固体完全溶解得到深蓝色溶液的离子方程式为__________。   

③将容量瓶 ii 中的溶液稀释 100 倍后，溶液的颜色与容量瓶 i 相近。由此可知固体产物的组成及物质的量之比约为__。

(3)为进一步确认生成的气体是CO，将收集的气体利用如图所示的装置进行实验(部分夹持仪器略去）。

①无水氯化钙的作用是______。

②实验中“先通气，后加热” 的目的是_____。

③证明气体是CO的现象________。

(4)甲醛与氢氧化铜反应的实验中，甲醛可能被氧化的产物为甲酸钠或碳酸钠。请设计实验方案证明溶液中甲醛的氧化产物：__。

Answer

提供碱性溶液环境或OH-与Cu(OH)2反应生成[Cu(OH)4]2- 受热均匀便于控制温度 有利于溶液与空气中的氧气接触 2Cu+8NH3•H2O+O2=2[Cu(NH3)4]2++ 4OH-+ 6 H2O n(Cu2O):n(Cu)=1:200 吸收水蒸气 排尽装置中的空气， 防止加热时发生爆炸 黑色粉末变为红色 ， 澄清的石灰水变浑浊 取少量反应后的澄清溶液于试管中，滴入过量的盐酸，若无气泡产生，说明甲醛被氧化成甲酸钠，若有气泡产生，说明甲醛被氧化为碳酸钠

【解析】

根据题干信息分析可知，实验中向试管依次加入6mol•L-1NaOH溶液12mL，0.5mol•L-1CuSO4溶液8mL，可知，碱过量，振荡发生反应Cu2++2OH-=Cu(OH)2↓，碱性条件下再加入40%的甲醛溶液6mL，放入65°C水浴中加热，发生反应2Cu(OH)2+HCHO+NaOHCu2O↓+3H2O+HCOONa，也可能发生反应HCHO+Cu(OH)2Cu+CO↑+2H2O，HCHO+4Cu(OH)2+2NaOH2Cu2O↓+Na2CO3+6H2O，因此红色固体可能是Cu2O和Cu的混合物，气体为CO，可根据已知“Cu2O易溶于浓氨水”验证固体产物，根据CO具有还原性验证气体为CO，据此分析解答问题。

(1)由上述分析，实验中NaOH的目的是提供碱性溶液环境或OH-与Cu(OH)2反应生成[Cu(OH)4]2-，水浴加热的目的是使受热均匀便于控制温度；

(2)①已知[Cu(NH3)4]＋在空气中能被氧化为[Cu(NH3)4]2+，摇动锥形瓶ⅰ有利于溶液与空气中的氧气接触；

②剩余固体为Cu，与浓氨水反应生成深蓝色的四氨合铜离子，反应的离子方程式为2Cu+8NH3•H2O+O2=2[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O；

③将容量瓶ii中的溶液稀释100倍后，溶液的颜色与容量瓶i相近，说明ii中的溶液的浓度是i中的溶液的100倍，又Cu2O~2[Cu(NH3)4]2+，Cu~[Cu(NH3)4]2+，则有n(Cu2O):n(Cu)=1:200；

(3)①无水氯化钙可吸收CO气体中混有的水蒸气；

②CO与空气混合加热可能会爆炸，有安全隐患，因此实验中“先通气，后加热目的是为了”排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸；

③CO具有还原性，可与黑色的CuO发生氧化还原反应生成红色的铜，并生成CO2气体，因此气体是CO的现象为黑色粉末变为红色，澄清的石灰水变浑浊；

(4)甲醛可能被氧化的产物为甲酸钠或碳酸钠，碳酸钠可与盐酸反应生成CO2气体，而甲酸钠不可以，因此证明溶液中甲醛的氧化产物时，可取少量反应后的澄清溶液于试管中，滴入过量的盐酸，若无气泡产生，说明甲醛被氧化成甲酸钠，若有气泡产生，说明甲醛被氧化为碳酸钠。