Question

某研究性学习小组在学习金属铁的知识后，为了解铜及其常见化合物的性质，运用类比的思想提出了如下问题，并进行探究．请帮助完成下列有关研究并填写有关空白．
【提出问题】
①铁能与稀硫酸反应产生氢气，铜能吗？铜与浓硫酸会发生反应吗？
②铁在潮湿的空气中易生锈，铜“生锈”需要什么条件？
③氧化铜能够被一氧化碳还原，也能被NH₃、CH₄还原吗？氧化铜还有哪些性质？
④氧化铜能直接转化为氢氧化铜吗？有哪些途径可以由铜逐步转变为氢氧化铜？
⑤铁与硫酸铜溶液可以反应，钠可以吗？
【查阅资料与问题解决】
（1）铜不能与稀硫酸发生置换反应，是因为在金属活动性顺序表中，铜排在

 

之后．
铜能与浓硫酸发生反应，其反应方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）

△   .

CuSO₄+2H₂O+SO₂↑
此反应中化合价升高的元素是

 

．
（2）铜在潮湿的空气中能通过化合反应“生锈”形成铜绿，铜绿的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃．由此可以推测：铜“生锈”过程中，参与反应的物质有铜、水和

 

．
（3）氧化铜不能与水反应生成氢氧化铜，但可以在加热的条件下被一氧化碳等还原成铜，也能与硫酸、盐酸等反应形成相应的铜盐和水，请写出氧化铜与稀硫酸反应的化学方程式：

 

；在高温下，氧化铜能分解成砖红色的氧化亚铜（Cu₂O）和氧气，反应的化学方程式为：

 

．
（4）同学们设计了以下装置（夹持、尾气处理装置装置未画出），实验中观察到黑色固体变为红色物质，无水CuSO₄变蓝色，同时生成一种无污染的气体．

证明CuO能被NH₃还原．该反应的化学方程式为

 

．
（5）资料显示：甲烷具有还原性，可以还原氧化铜，生成CO₂和H₂O．同学们对此提出了质疑并进行探究．同学们用纯净的甲烷气体和如下装置进行实验．

①上图装置F中盛放的试剂名称是

 

．
②上图装置的正确连接顺序是

 

（填字母，且每套装置限用一次）．
③甲烷还原氧化铜的化学方程式为：

 

．
（6）由铜转化为氢氧化铜，从化学反应的原理看，可以是流程I：
Cu

H2SO4(浓)

△

CuSO₄

NaOH溶液

Cu（OH）₂
也可以是流程II：
Cu

O2

△

CuO

H2SO4(稀)

CuSO₄

NaOH溶液

Cu（OH）₂
与流程I相比，流程Ⅱ的优点是

 

．
（7）某化学兴趣小组把金属钠投到硫酸铜溶液中，实验并非如想 象的有红色铜析出，而是生成一种蓝色沉淀．实验中到底发生了怎样的化学反应？同学们非常好奇并进行实验探究．
【查阅资料】钠是非常活泼的金属，能与水发生剧烈反应，并放出气体
【提出猜想】钠先与水反应生成某气体和溶液，该溶液再与硫酸铜反应生成蓝色沉淀；
【实验探究】实验一：同学们把一小块钠投到装有少量蒸馏水的试管中，经验纯后点燃生成的气体，听到“噗”的一声后燃烧起来；
实验二：在剩余的溶液中加入硫酸铜溶液，发现有蓝色沉淀．
【实验总结】①水与金属钠反应的化学方程式

 

．
②请你判断猜想

 

（“成立”或“不成立”）．

Answer 1

考点：实验探究物质的性质或变化规律,常见气体的检验与除杂方法,金属活动性顺序及其应用,金属锈蚀的条件及其防护,物质的相互转化和制备,有关元素化合价的计算,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：科学探究

分析：（1）铜不能与稀硫酸发生置换反应，是因为在金属活动性顺序表中，铜排在氢的后面；在Cu+2H₂SO₄（浓）

△   .

CuSO₄+2H₂O+SO₂↑中，铜元素的化合价由0价变为+2价；
（2）铜绿的主要成分为 Cu₂（OH）₂CO₃，由此可以推测：铜“生锈”过程中，参与反应的物质是铜、氧气、水和二氧化碳共同作用的结果．
（3）氧化铜与能与硫酸反应形成相应的铜盐和水，写出氧化铜与稀硫酸反应的化学方程式；在高温下，氧化铜能分解成砖红色的氧化亚铜（Cu₂O）和氧气，写出反应的化学方程式；
（4）根据题中信息写出化学方程式；
（5）①要证明CH₄参与反应，就是要证明反应后生成了CO₂和H₂O．
②根据反应过程来确定顺序，一般验证气体先验证水蒸气，因为中间反应可能带入水汽．
③写出甲烷还原氧化铜的化学方程式；
（6）由题目给出的信息可知，与流程I相比，流程Ⅱ的优点是：安全、环保等；
（7）①根据上述分析可以知道反应生成了氢氧化钠和水，可以据此写出该反应的化学方程式；
②根据上述分析可以知道猜想1是正确的，可以据此解答该题．

解答：解：
（1）通过实验分析可知：铜不能与稀硫酸发生置换反应，是因为在金属活动性顺序表中，铜排在氢的后面；在Cu+2H₂SO₄（浓）

△   .

CuSO₄+2H₂O+SO₂↑中，铜元素的化合价有0价变为+2价；故答案为：氢；铜
（2）铜绿的主要成分为 Cu₂（OH）₂CO₃，由此可以推测：铜“生锈”过程中，参与反应的物质是铜、氧气、水和二氧化碳共同作用的结果；
（3）氧化铜与能与硫酸反应形成相应的铜盐和水，氧化铜与稀硫酸反应的化学方程式CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；  在高温下，氧化铜能分解成砖红色的氧化亚铜（Cu₂O）和氧气，反应的化学方程式；4CuO

高温  .

2Cu₂O+O₂↑；
（4）CuO能被NH₃还原．该反应的化学方程式为3CuO+2NH₃

△   .

3Cu+N₂+3H₂O
（5）①要证明甲烷还原氧化铜，只要证明生成物中有CO₂和H₂O生成即可，所以F装置应是检验CO₂生成的，用澄清石灰水．
②装置H是还原CuO，G是用来证明水的生成，F是证明二氧化碳生成，I是处理尾气，所以顺序为HGFI．
③甲烷还原氧化铜的化学方程式：4CuO+CH₄

△   .

4Cu+CO₂+2H₂O；
（6）由题目给出的信息可知，与流程I相比，流程Ⅱ的优点是无SO₂污染空气、硫元素的利用率高；
（7）①根据上述分析可以知道反应生成了氢氧化钠和水，该反应的化学方程式为：2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑；
②根据上述分析可以知道猜想1是正确的，
答案：
（1）H  Cu    （2）O₂、CO₂
（3）CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O    4CuO

高温  .

2Cu₂O+O₂↑
（4）3CuO+2NH₃

△   .

3Cu+N₂+3H₂O
（5）澄清石灰水  HGFI  4CuO+CH₄

△   .

4Cu+CO₂+2H₂O
（6）无SO₂污染空气、硫元素的利用率高
（7）2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑    成立

点评：实验探究题是近几年中考的热点之一，它包括实验方法和过程的探究，实验结论和实验规律的探究等．本题通过实验资料和实验分析，得到了正确的结论，属于结论性探究．同学们要具体分析，综合掌握．本题是一道综合性实验探究题，对培养学生分析问题解决问题的能力有一定的提高．