Question

16．同学甲和乙在完成加热条件下Cu与过量H₂SO₄（浓）反应实验时，预测反应后溶液为蓝色，但实际反应后发现溶液呈绿色．为探究溶液呈绿色的原因他们查阅了资料并进行实验探究．
Ⅰ．查阅资料
【资料】1黄色溶液与蓝色溶液混合呈现绿色．
2溶液中：CuCl₄^2-呈黄色；Cu₂SO₃•0.5H₂O呈黄色；[Cu（H₂O）₄]²⁺呈蓝色．
3为防止铜在空气中被腐蚀或增强铜的电绝缘性，厂家常在铜表面加一层聚氯乙烯的覆膜，这层覆膜肉眼是不易发现的，并且聚氯乙烯在加热条件下易分解，放出氯化氢气体．
4用铜丝燃烧法可定性确定有机物中是否存在卤素．将一根纯铜丝加热至红热，蘸上试样，放在火焰上灼烧，如存在卤素，火焰为绿色．（其他元素不具备此性质）
Ⅱ．猜测
猜测1：加热条件下Cu与H₂SO₄（浓）反应时有硫单质生成，胶体硫与水合铜离子混合使溶液呈绿色．
猜测2：反应后的混合液中可能有Fe³⁺（铜不纯，含有铁），Fe³⁺呈黄色，与水合铜离子混合使溶液呈绿色．
猜测3：反应生成了Cu₂SO₃•0.5H₂O，与水合铜离子混合使溶液呈绿色．
猜测4：反应生成了CuCl₄^2-，与水合铜离子混合使溶液呈绿色．
Ⅲ．设计实验进行验证
实验1：酒精溶解硫，取上层清液逐滴加入到CuSO₄溶液中并不断搅拌，发现溶液变浑浊，但溶液依旧是蓝色．
实验2：…
（1）写出加热条件下Cu与H₂SO₄（浓）反应的化学方程式：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）他们分析了Cu与H₂SO₄（浓）反应时产生S的原因是副反应生成的CuS继续和H₂SO₄（浓）反应生成S．CuS和H₂SO₄（浓）反应中，当有2mol H₂SO₄参加反应时，反应中转移电子的物质的量为2mol．
（3）实验2是为验证猜测2，请完成实验2的方案设计取反应后的混合溶液2-3ml，加入试管中，向其中加入几滴KSCN溶液，若溶液变血红色，则证明含有Fe³⁺．
Ⅳ．质疑
质疑1：同学甲认为猜测3不成立．
质疑2：同学乙认为纯铜的焰色反应也为绿色，不能通过焰色反应证明实验所用铜丝中含有氯元素．
（4）同学甲认为猜测3不成立，其原因可能是Cu⁺离子在浓硫酸及加热条件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-离子与浓硫酸会继续反应．
Ⅴ．继续设计实验
实验3：a．取一根铜丝灼烧，观察焰色．
b．取一根铜丝，用砂纸打磨去掉表面层，灼烧，观察焰色；
c．取一根铜丝灼烧，趁热放入乙醇中，取出，灼烧，观察焰色．
（5）b中用砂纸打磨去掉表面层的作用是除去聚氯乙烯的覆膜和氧化层．
（6）c中将灼烧铜丝趁热放入乙醇中的目的是制得较纯净的铜．
（7）a中观察到绿色火焰，b、c中焰色反应时无特殊颜色，没有观察到绿色火焰．实验a和c的关系和目的是a、c为对比实验，实验a是验证铜丝中是否含有氯元素和含有氯元素的物质利用铜丝完成焰色反应时是否为绿色火焰，实验c是验证纯铜的焰色反应是否为绿色．
Ⅵ．结论与解释
（8）通过实验2中证明了溶液中没有Fe³⁺．两位同学利用实验3中的b得到纯净的铜丝与H₂SO₄（浓）反应，观察到反应后溶液呈蓝色．本次实验探究的最终结论是铜与过量的浓硫酸反应时，由于铜表面有聚氯乙烯的覆膜，反应生成了CuCl₄^2-，与水合铜离子混合使溶液呈绿色．
（9）氯化铜稀溶液一般也呈蓝色，其原因是氯化铜稀溶液，氯离子少，水分子多，则主要以水合铜离子存在，溶液主要呈现水合铜离子颜色蓝色．
Ⅶ．拓展与联想
（10）两位同学联想到铜与硝酸的反应．通过实验发现：稀硝酸与纯铜反应所得的溶液呈蓝色，而浓硝酸与纯铜反应所得溶液呈绿色，请根据上述的研究给出合理的解释，并设计实验方案加以证明向饱和的蓝色硝酸铜溶液中通入二氧化氮气体，观察溶液颜色变成绿色，说明浓硝酸与纯铜反应所得溶液呈绿色即为溶解的二氧化氮引起的．

Answer 1

分析 （1）Cu与H₂SO₄（浓）在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫和水；
（2）根据CuS和H₂SO₄（浓）反应方程式结合H₂SO₄（浓）的+6价的S降低到0价的S计算；
（3）实验2是为验证猜测2即证明溶液中含有三价铁离子即可；
（4）根据Cu₂SO₃•0.5H₂O中，Cu⁺离子在浓硫酸及加热条件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-离子与浓硫酸会继续反应判断；
（5）根据信息厂家常在铜表面加一层聚氯乙烯的覆膜分析；
（6）根据乙醇催化氧化成乙醛，Cu作催化剂参与的反应过程分析；
（7）实验a和c是对比实验，通过观察焰色反应的颜色分析绿色到底是铜丝中含有的氯元素还是纯铜引起的，据此分析；
（8）通过实验2中证明了溶液中没有Fe³⁺．纯净的铜丝与H₂SO₄（浓）反应，观察到反应后溶液呈蓝色，说明Cu与过量H₂SO₄（浓）反应溶液呈绿色与铜表面的聚氯乙烯的覆膜有关；
（9）根据氯化铜稀溶液主要以水合铜离子存在，氯合铜离子较少，颜色主要由水合铜离子决定；
（10）根据浓硝酸与纯铜反应除了生成硝酸铜以外还生成了有颜色的二氧化氮气体，而二氧化氮气体溶于水显黄色，与水合铜离子蓝色混合即得绿色溶液，据此分析解答．

解答 解：（1）Cu与H₂SO₄（浓）在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，化学方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）CuS和H₂SO₄（浓）反应生成S、CuSO₄、H₂O，方程式为：3CuS+4H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3CuSO₄+4S+4H₂O，则4molH₂SO₄（浓）参与反应，有mol1H₂SO₄（浓）的+6价的S降低到0价的S，转移电子数为6e^-，所以当有2mol H₂SO₄参加反应时，反应中转移电子的物质的量为2mol，故答案为：2mol；
（3）实验2是为验证猜测2即证明溶液中含有三价铁离子，所以实验2的方案设计为取反应后的混合溶液2-3ml，加入试管中，向其中加入几滴KSCN溶液，若溶液变血红色，则证明含有Fe³⁺，故答案为：取反应后的混合溶液2-3ml，加入试管中，向其中加入几滴KSCN溶液，若溶液变血红色，则证明含有Fe³⁺；
（4）因为Cu₂SO₃•0.5H₂O中，Cu⁺离子在浓硫酸及加热条件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-离子与浓硫酸会继续反应，所以Cu₂SO₃•0.5H₂O在过量浓硫酸及其加热条件下不可能存在，故答案为：Cu⁺离子在浓硫酸及加热条件下被氧化成Cu²⁺，SO₃^2-离子与浓硫酸会继续反应；
（5）根据信息厂家常在铜表面加一层聚氯乙烯的覆膜，所以用砂纸打磨去掉表面层的作用是除去聚氯乙烯的覆膜和氧化层，故答案为：除去聚氯乙烯的覆膜和氧化层；
（6）Cu作催化剂，将乙醇催化氧化成乙醛，参与的反应即铜丝先灼烧生成氧化铜，趁热放入乙醇中，氧化铜氧化乙醇生成乙醛，本身被还原为较纯净的铜单质，所以将灼烧铜丝趁热放入乙醇中的目的是制得较纯净的铜，故答案为：制得较纯净的铜；
（7）实验a为正常铜丝灼烧，根据（6）实验c为纯铜灼烧，则a和c是对比实验，通过观察焰色反应的颜色分析绿色到底是铜丝中含有的氯元素还是纯铜引起的，实验a和c的关系和目的是a、c为对比实验，实验a是验证铜丝中是否含有氯元素和含有氯元素的物质利用铜丝完成焰色反应时是否为绿色火焰，实验c是验证纯铜的焰色反应是否为绿色；
故答案为：a、c为对比实验，实验a是验证铜丝中是否含有氯元素和含有氯元素的物质利用铜丝完成焰色反应时是否为绿色火焰，实验c是验证纯铜的焰色反应是否为绿色；
（8）通过实验2中证明了溶液中没有Fe³⁺．纯净的铜丝与H₂SO₄（浓）反应，观察到反应后溶液呈蓝色，说明Cu与过量H₂SO₄（浓）反应溶液呈绿色与铜表面的聚氯乙烯的覆膜有关，则本次实验探究的最终结论是铜与过量的浓硫酸反应时，由于铜表面有聚氯乙烯的覆膜，反应生成了CuCl₄^2-，与水合铜离子混合使溶液呈绿色，故答案为：铜与过量的浓硫酸反应时，由于铜表面有聚氯乙烯的覆膜，反应生成了CuCl₄^2-，与水合铜离子混合使溶液呈绿色；
（9）氯化铜稀溶液，氯离子少，水分子多，则主要以水合铜离子存在，氯合铜离子较少，则颜色主要由水合铜离子决定，所以氯化铜稀溶液一般也呈蓝色，故答案为：氯化铜稀溶液，氯离子少，水分子多，则主要以水合铜离子存在，溶液主要呈现水合铜离子颜色蓝色；
（10）因为稀硝酸与纯铜反应生成硝酸铜所得的溶液呈蓝色即水合铜离子得颜色，浓硝酸与纯铜反应除了生成硝酸铜以外还生成了有颜色的二氧化氮气体，而二氧化氮气体溶于水显黄色，与水合铜离子蓝色混合即得绿色溶液，则证明浓硝酸与纯铜反应所得溶液呈绿色方法为向饱和的蓝色硝酸铜溶液中通入二氧化氮气体，观察溶液颜色变成绿色，说明浓硝酸与纯铜反应所得溶液呈绿色即为溶解的二氧化氮引起的，故答案为：向饱和的蓝色硝酸铜溶液中通入二氧化氮气体，观察溶液颜色变成绿色，说明浓硝酸与纯铜反应所得溶液呈绿色即为溶解的二氧化氮引起的．

点评 本题考查探究Cu与过量H₂SO₄（浓）反应后溶液呈绿色的原因，为高频考点，把握反应原理、物质的性质、实验原理的作用为解答的关键，侧重分析与实验能力的综合考查，题目难度较大．