Question

【題目】室溫下，某實驗小組探究等量且表面積相同的鎂條與硫酸銅溶液的反應。（注：反應前鎂條用砂紙打磨除去表面氧化膜且鎂條過量）

實驗	操作	實驗現象
Ⅰ	4mL 0.1mol/LCuSO4溶液（pH約為4.2）	1.有無色無味氣體生成 2.鎂條表面逐漸生成大量黑褐色膨松狀不溶物 3.反應一段時間后，溶液逐漸變渾濁，有藍綠色沉淀生成
Ⅱ	4mL 0.5mol/LCuSO4溶液（pH約為3.6）	1.有大量無色無味氣體生成 2.鎂條表面逐漸生成紅褐色不溶物 3.反應一段時間后，溶液中逐漸有藍綠色沉淀生成，鎂條上紅褐色物質脫落，有光亮的紅色物質生成
Ⅲ		開始無明顯現象，一段時間后產生微量無色無味氣體

(1)實驗Ⅰ中生成的無色無味氣體的主要成分是________，產生原因是_________(用簡單文字和離子方程式表示）。設計實驗Ⅲ的目的是________。

(2)為了探究實驗Ⅰ中黑褐色不溶物的成分，做實驗Ⅳ。

實驗	操作	實驗現象
Ⅳ		1.加入濃鹽酸后，沉淀部分溶解。溶液為黃色 2.多次洗滌后的殘余固體加入濃硝酸，有大量紅棕色氣體生成，溶液變為藍色

查閱資料：Cu2O可溶于濃鹽酸，得到黃色溶液。

經檢測，黑褐色不溶物中含有Cu2O，請解釋Cu2O產生的可能原因_________。由實驗Ⅳ可以推測，黑褐色不溶物中還含有_______。殘余固體加入濃硝酸時，反應的化學方程式是________。

(3)經X射線檢測，藍綠色沉淀中含Cu2+、SO42-、OH—。小組同學查閱資料：堿式硫酸銅（Cu2(OH)2SO4）是一種綠色晶體，在水中溶解度極小，能溶于稀酸和氨水。據此對沉淀成分提出兩種假設：

i．是（Cu2(OH)2SO4）；

ii．是Cu(OH)2和（Cu2(OH)2SO4）的混合。

經檢驗，最終確定藍綠色沉淀的成分是堿式硫酸銅。請設計實驗證明假設i成立________。

(4)根據上述實驗推斷，鎂與硫酸銅溶液產物的生成與__________有關。

Answer 1

【答案】H2 Cu2++2H2OCu(OH)2 +2H+，水解溶液顯酸性，鎂可以和H+反應生成H2 排除溶液中水對反應的干擾 在該條件下，鎂與硫酸銅溶液反應時，部分Cu2+沒有被還原為Cu，而是被還原為Cu2O Cu Cu+4HNO3(濃）=Cu(NO3)2 +2NO2↑+2H2O 取a g 藍綠色沉淀于試管中，加足量鹽酸溶解后加入過量的BaCl2完全沉淀，過濾、洗滌、干燥后稱重 。若沉淀質量為g，則沉淀為堿式硫酸銅 溫度、溶液濃度、溶液pH等

【解析】

(1)硫酸銅為強酸弱堿鹽，水解呈酸性；實驗Ⅲ開始無現象，生成微量氣體，起到對照試驗作用；
(2)Cu由+2價降低為+1價，可生成Cu2O；由題給信息可知Cu2O可溶于濃鹽酸，則剩余不溶物應含有其他還原性物質，與濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮和水；
(3)固體加入鹽酸生成銅離子和硫酸根，加入氯化鋇溶液生成硫酸鋇，可根據硫酸鋇和藍色沉淀的質量關系確定；
(4)實驗Ⅰ、Ⅱ在不同濃度、pH條件下反應，反應現象不同，可說明產物不同。

(1)硫酸銅為強酸弱堿鹽，水解呈酸性，發生Cu2++2H2OCu(OH)2 +2H+，生成氣體為氫氣，實驗Ⅲ開始無現象，生成微量氣體，起到對照試驗作用，可排除溶液中水對反應的干擾，
故答案為：H2；Cu2++2H2OCu(OH)2 +2H+，水解溶液顯酸性，鎂可以和H+反應生成H2 ；排除溶液中水對反應的干擾；
(2)黑褐色不溶物中含有Cu2O，說明在該條件下，鎂與硫酸銅溶液反應時，部分Cu2+沒有被還原為Cu，而是被還原為Cu2O；由題給信息可知Cu2O可溶于濃鹽酸，則剩余不溶物應含有其他還原性物質，與濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮和水，再結合元素守恒可知該不溶物為銅單質，方程式為 Cu+4HNO3(濃)═Cu(NO3)2 +2NO2↑+2H2O，
故答案為：在該條件下，鎂與硫酸銅溶液反應時，部分Cu2+沒有被還原為Cu，而是被還原為Cu2O；Cu； Cu+4HNO3(濃)═Cu(NO3)2 +2NO2↑+2H2O；
(3)如最終確定藍綠色沉淀的成分是堿式硫酸銅，則1mol堿式硫酸銅質量為258g，可生成1mol硫酸鋇，質量為233g，則可取a g 藍綠色沉淀于試管中，加足量鹽酸溶解后加入過量的BaCl2完全沉淀，過濾、洗滌、干燥后稱重。若沉淀質量為g，則沉淀為堿式硫酸銅，
故答案為：取a g 藍綠色沉淀于試管中，加足量鹽酸溶解后加入過量的BaCl2完全沉淀，過濾、洗滌、干燥后稱重。若沉淀質量為g，則沉淀為堿式硫酸銅；
(4)實驗Ⅰ、Ⅱ在不同的pH條件下反應，反應現象不同，可說明產物不同，且反應一段時間，溫度變化，說明實驗的溫度對反應的產物有影響，
故答案為：溫度、溶液濃度、溶液pH等。