小华将浸泡过硫酸铜溶液后晾干所得的蓝色滤纸放在酒精灯火焰上,观察到滤纸并不会立即燃烧,而是由蓝变白后才燃烧。他好奇地发现在燃烧后的灰烬中有少量红色固体,于是进行多次重复试验,收集到一定量的红色固体后进行了相关探究。
(提出问题)红色固体是什么物质?它是如何产生的?
(查阅资料) ①蓝色 CuSO 4 •5H 2 O 在 200 ℃左右失水生成白色 CuSO 4 , CuSO 4 在 500 ℃左右开始分解生成 CuO 和另一种非金属化合物 A 。
②温度超过 1000 ℃, CuO 会分解生成氧化亚铜( Cu 2 O ); Cu 2 O 是红色固体,能与稀硫酸发生如下反应: Cu 2 O+H 2 SO 4 = CuSO 4 +Cu+H 2 O 。
(提出猜想)猜想 I :红色固体是 Cu :猜想 Ⅱ:红色固体是 Cu 2 O ;猜想 Ⅲ:红色固体是 ____ 。
(实验探究)操作 1 :取少量红色固体在酒精灯外焰上灼烧,红色固体出现变黑现象。操作 2 :取少量红色固体于试管中,加入稀硫酸,固体不溶解,溶液无色。
(得出结论)操作 1 证明猜想 ____ 不能成立。操作 2 证明猜想 ____ 也不能成立。
由此确定,红色固体是 ____ 。
(拓展反思)
( 1 )经过晾干的硫酸铜蓝色滤纸放在火焰上不能立即燃烧,是因为 ____ 。
( 2 )滤纸主要含碳、氢、氧三种元素,红色固体应该是滤纸在燃烧过程中产生的碳或一氧化碳与 CuO 发生反应的结果。其中,一氧化碳与 CuO 反应的化学方程式为 ____ 。
( 3 )若 CuSO 4 受热分解前后各元素的化合价保持不变,则 A 的化学式为 ____ 。
( 4 )我国古代采用煅烧绿矾法制硫酸。若在空气中进行煅烧,可发生的反应之一是 4FeSO 4 +O 2 2X+4A ,则 X 的化学式为 ____ , X 的主要用途是 ____ (写一条)。
Cu 、 Cu 2 O Ⅱ Ⅲ Cu 蓝色 CuSO 4 •5H 2 O 在 200 ℃左右失水,水蒸发吸热,导致温度不能达到滤纸的着火点 CuO+CO Cu+CO 2 SO 3 Fe 2 O 3 炼铁
【解析】
该题中的氧化亚铜是我们没有学过的物质,充分利用资料再结合所学的知识进行解答。
【详解】
提出猜想:根据猜想 I 、 Ⅱ ,推测出猜想 Ⅲ 可能是氧化铜和氧化亚铜的混合物;
得出结论:根据操作 1 的现象:红色固体出现变黑现象,说明红色固体中含有铜,故猜想 Ⅱ 不成立;根据资料可知氧化亚铜能与稀硫酸反应生成蓝色的硫酸铜溶液,而操作 2 的现象是加入稀硫酸,固体不溶解,溶液无色,说明红色固体中一定没有氧化亚铜,故猜想 Ⅲ 不成立;由此可知红色固体只有铜,即猜想 I 成立;
拓展反思:( 1 )由资料可知蓝色 CuSO 4 •5H 2 O 在 200℃ 左右失水,而水蒸发会吸热,导致温度不能达到滤纸的着火点,故滤纸不能燃烧;
( 2 )一氧化碳还原氧化铜生成铜和二氧化碳,反应的化学方程式表示为 CuO+CO Cu+CO 2 ;
( 3 ) CuSO 4 中硫元素的化合价为 +6 价, CuSO 4 在 500℃ 左右开始分解生成 CuO 和另一种非金属化合物 A ,且分解前后各元素的化合价保持不变,根据质量守恒定律化学反应前后元素的种类不变可知化合物 A 为 SO 3 ;
( 4 )根据质量守恒定律化学反应前后原子的种类和数目不变,反应前 Fe:4 , S : 4 , O : 18 ,反应后 S : 4 , O : 12 , X 的化学式前有化学计量数 2 ,故 X 的化学式为 Fe 2 O 3 。氧化铁是赤铁矿的主要成分,它常用于炼铁。
【点睛】
在研究物质的组成时,通过定性的探究实验不能确定物质的组成时,可通过定量研究,进行定量研究时,质量守恒定律是进行推断的根本依据。对于一些未知的物质,题目中会给出相应的资料,做题时一定要充分利用给出的资料。
方案一 | 方案二 | |
实验现象 | 白磷燃烧,产生大量白烟,放出热量,天平平衡 | 铁钉表面覆盖一层红色物质,溶液由蓝色逐渐变为浅绿色,天平平衡 |
反应前总质量 | m1 | m1 |
反应后总质量 | m2 | m2 |
反应前后总质量的关系 | m1=m2 | m1=m2 |
分析 | 磷+氧气五氧化二磷 容器密闭,物质没有进入或散失 |
铁+硫酸铜→铜+硫酸亚铁 反应无气体参加,无气体生成,没有物质从烧杯中散失 |
结论 | 分析比较两个方案的实验结果,可以发现反应前后物质的质量总和不变 |
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