Question

实验室用氨气还原氧化铜的方法测定铜的近似相对原子质量，反应的化学方程式为：2NH₃+3CuON₂+3Cu+3H₂O，试回答：

(1)如果选用测定反应物CuO和生成物H₂O的质量[m(CuO)、m(H₂O)] 时，请用下图所列仪器设计一个简单的实验方案。

(2)①请写出用下图装置制备氨气的化学反应方程式___________________。

②仪器连接的顺序为(用字母编号表示，仪器可重复使用) ______________________，(d)中浓硫酸的作用是___________，实验完毕时观察到(a)中的现象是______________________。

③列出计算Cu的相对原子质量的表达式：______________________。

(2)有同学认为NH₃与CuO反应生成的红色物质中可能含有Cu₂O。已知Cu₂O是红色粉末，在酸性溶液中，Cu⁺能自身发生氧化还原反应生成Cu²⁺和Cu。

①若CuO未完全分解，则所测定的Cu的相对原子质量会______________(偏大或偏小)。

②请设计一个简单的实验检验该红色物质中是否含有Cu₂O________________。

(3)在解决了问题(2)后，又有同学提出：Cu₂O与CuO的热稳定性哪个更强？于是他们进行了如下实验：取0.98 g Cu(OH)₂固体，加热到80℃～100℃时，得到黑色固体粉末，继续加热到1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末B。如下图所示：

据此可推得A为__________，且AB段发生的反应为_________________，

由此得到的热稳定性的结论是____________________。

Answer

2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2 +2NH3+ 2H2O bcacd 吸收未反应的氨气；防止空气中水分进入 固体由黑色转变为红色 -16 偏大 取少量样品于试管中，加入稀H2SO4，充分振荡，若溶液变成蓝色，说明红色物质中含有Cu2O，反之，则没有Cu2O CuO 4CuO2Cu2O+O2 CuO热稳定性不如Cu2O

【解析】

(1)①NH4Cl与Ca(OH)2混合加热，发生复分解反应产生NH3，据此书写方程式；

②根据题给要求要测量氧化铜和水的质量，考虑到氨气可以和浓硫酸反应，但是不和碱石灰反应，所以应该用碱石灰来吸收NH3中的水蒸气，而用浓硫酸来吸收氨气，同时要注意防止空气中的水对实验的干扰，根据CuO及反应产生的Cu的颜色变化分析实验现象；

③根据水和氧化铜的质量结合化学方程式2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O进行计算，即可求出铜的相对原子质量；

(2)①根据(1)中③计算的结果，分析实验误差；

②根据Cu2O与酸混合发生歧化反应分析判断；

(3)先计算0.98 g Cu(OH)2固体的物质的量，利用Cu元素守恒，结合80℃～100℃时，得到黑色固体粉末的质量确定物质成分，再根据B的质量，利用元素守恒确定其成分，从而可判断比较物质稳定性的强弱。

(1)①在实验室中用NH4Cl与Ca(OH)2混合加热制取氨气，反应方程式为：2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2 +2NH3+ 2H2O；

②根据题给要求来测量氧化铜和水的质量，考虑到氨气可以和浓硫酸反应，但不和碱石灰反应，所以应该用碱石灰来吸收水，用浓硫酸来吸收氨气，由于在制取氨气的过程中会产生水，所以应该先对b装置反应产生的氨气进行干燥，即选择c装置，然后进行实验，最后为了防止氨气污染空气，所以要用浓硫酸来处理尾气，即正确的操作顺序为：b→c→a→c→d；d中浓硫酸的作用是吸收产生的多余NH3，同时防止空气中H2O进入(c)中影响结果；实验完毕时观察到(a)中的现象是固体粉末由黑色变为红色；

③设铜的相对原子质量为x，2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O，根据方程式中物质转化关系可知：CuO与H2O的质量比为[3×(x+16)]：54，则m(CuO)产生H2O质量为m(H2O)，可得比例式：，解得x=-16；

(2)①如果氧化铜没有完全被还原为Cu单质，则会m(H2O)偏小，最终导致结算结果偏大；

②Cu2O是红色粉末，在酸性溶液中，Cu+能自身发生氧化还原反应生成Cu2+和Cu，所以检验该红色物质中是否含有Cu2O，方法是：取少量样品于试管中，加入稀H2SO4，充分振荡，若溶液变成蓝色，说明红色物质中含有Cu2O，反之，则没有Cu2O；

(3)0.98 g Cu(OH)2固体的物质的量n[Cu(OH)2]==0.01 mol，根据Cu元素守恒，可知其中0.01 mol Cu(OH)2固体中含有Cu物质的量是0.01 mol，Cu的质量为m(Cu)=0.01 mol×64 g/mol=0.64 g，则固体A中含有O的质量为m(O)=0.80 g-0.64 g=0.16 g，n(O)=0.01 mol，n(Cu)：n(O)=1：1，所以A化学式为CuO；继续加热到1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末B，固体质量变为0.72 g，其中O原子的质量m(O)=0.72 g-0.64 g=0.08 g，n(O)=0.005 mol，n(Cu)：n(O)=0.01 mol：0.005 mol=2：1，则B化学式为Cu2O，因此AB段发生的反应为：4CuO2Cu2O+O2，CuO加热至1000℃以上分解变为Cu2O，说明物质的稳定性：CuO＜Cu2O。