1. (2024·山东潍坊)铜制品久置在户外容易生锈,失去金属光泽,需要定期除锈、抛光。某化学兴趣小组对铜锈成分及抛光过程进行以下探究。
任务一、分析铜锈的成分。
【查阅文献】常见的铜锈成分为Cu₂(OH)₂CO₃、Cu₂(OH)₃Cl或二者的混合物。
【实验探究】(1)取少量铜锈,加入足量稀硝酸,铜锈溶解,有气泡产生,再加入硝酸银溶液,有白色沉淀产生,说明铜锈成分为
A.Cu₂(OH)₂CO₃
B.Cu₂(OH)₃Cl
C.Cu₂(OH)₂CO₃、Cu₂(OH)₃Cl
任务二、模拟Cu₂(OH)₃Cl的生成。
【查阅文献】铜在Cl⁻的环境中生成CuCl,CuCl最终会转化为Cu₂(OH)₃Cl。
【实验探究】向蒸馏水中加入CuCl粉末,每隔2min测一次pH,结果如图所示。
【讨论分析】(2)CuCl转化为Cu₂(OH)₃Cl分两个阶段。
①前10min:CuCl与水反应生成Cu₂O,化学方程式为
②第10~20min:部分Cu₂O在酸性溶液中,吸收常见气体
任务三、探究化学抛光原理。
除锈、打磨后的铜器表面仍有许多微小凸起(铜),某环保型化学抛光液中含有H₂SO₄和H₂O₂,能够有效除去凸起的铜,使表面平整。
【查阅文献】抛光总反应的化学方程式为H₂O₂+Cu+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O。
【实验探究】实验操作及现象如表所示。
【讨论分析】(3)抛光过程包含过程1和过程2。过程1:产生氧化膜。反应的化学方程式为
任务四、探究抛光过程中,H₂SO₄浓度对H₂O₂分解速率的影响。
【查阅文献】H₂O₂易分解,分解速率与温度、CuSO₄(催化剂)和H₂SO₄的浓度有关。
【实验探究】探究温度和CuSO₄浓度一定时,不同浓度的H₂SO₄对H₂O₂分解速率的影响。向两支试管中分别加入如下试剂(见表),置于40℃水浴中,测量各时间段生成O₂的速率,实验结果记录如表所示。
【得出结论】(4)不同浓度的H₂SO₄对H₂O₂分解速率的影响是
【反思改进】(5)某同学认为,为了更明显地观察H₂SO₄浓度对H₂O₂分解速率的影响,还需要增加试管⑥实验,除了在40℃水浴中以及加入10mL30%的H₂O₂、1mL14%的CuSO₄溶液之外,还应该加入的试剂为
任务一、分析铜锈的成分。
【查阅文献】常见的铜锈成分为Cu₂(OH)₂CO₃、Cu₂(OH)₃Cl或二者的混合物。
【实验探究】(1)取少量铜锈,加入足量稀硝酸,铜锈溶解,有气泡产生,再加入硝酸银溶液,有白色沉淀产生,说明铜锈成分为
C
(填字母)。A.Cu₂(OH)₂CO₃
B.Cu₂(OH)₃Cl
C.Cu₂(OH)₂CO₃、Cu₂(OH)₃Cl
任务二、模拟Cu₂(OH)₃Cl的生成。
【查阅文献】铜在Cl⁻的环境中生成CuCl,CuCl最终会转化为Cu₂(OH)₃Cl。
【实验探究】向蒸馏水中加入CuCl粉末,每隔2min测一次pH,结果如图所示。
【讨论分析】(2)CuCl转化为Cu₂(OH)₃Cl分两个阶段。
①前10min:CuCl与水反应生成Cu₂O,化学方程式为
$ 2CuCl + H_{2}O = Cu_{2}O + 2HCl $
。②第10~20min:部分Cu₂O在酸性溶液中,吸收常见气体
$ O_{2} $
(填化学式)生成Cu₂(OH)₃Cl。任务三、探究化学抛光原理。
除锈、打磨后的铜器表面仍有许多微小凸起(铜),某环保型化学抛光液中含有H₂SO₄和H₂O₂,能够有效除去凸起的铜,使表面平整。
【查阅文献】抛光总反应的化学方程式为H₂O₂+Cu+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O。
【实验探究】实验操作及现象如表所示。
【讨论分析】(3)抛光过程包含过程1和过程2。过程1:产生氧化膜。反应的化学方程式为
$ Cu + H_{2}O_{2} = CuO + H_{2}O $
。过程2:除去氧化膜。除去氧化膜的物质为$ H_{2}SO_{4} $
(填化学式)。任务四、探究抛光过程中,H₂SO₄浓度对H₂O₂分解速率的影响。
【查阅文献】H₂O₂易分解,分解速率与温度、CuSO₄(催化剂)和H₂SO₄的浓度有关。
【实验探究】探究温度和CuSO₄浓度一定时,不同浓度的H₂SO₄对H₂O₂分解速率的影响。向两支试管中分别加入如下试剂(见表),置于40℃水浴中,测量各时间段生成O₂的速率,实验结果记录如表所示。
【得出结论】(4)不同浓度的H₂SO₄对H₂O₂分解速率的影响是
相同条件下，硫酸浓度越大，过氧化氢溶液分解速率越快
。【反思改进】(5)某同学认为,为了更明显地观察H₂SO₄浓度对H₂O₂分解速率的影响,还需要增加试管⑥实验,除了在40℃水浴中以及加入10mL30%的H₂O₂、1mL14%的CuSO₄溶液之外,还应该加入的试剂为
1 mL 50%的硫酸(答案合理即可)
(填试剂名称和用量)。答案：1. (1) C (2) ① $ 2CuCl + H_{2}O = Cu_{2}O + 2HCl $ ② $ O_{2} $ (3) $ Cu + H_{2}O_{2} = CuO + H_{2}O $ $ H_{2}SO_{4} $ (4) 相同条件下，硫酸浓度越大，过氧化氢溶液分解速率越快 (5) 1 mL 50%的硫酸(答案合理即可)
解析：(2) ① 前 10 min：依据质量守恒定律可知，CuCl 与水反应生成 $ Cu_{2}O $ 和 HCl，该反应的化学方程式为 $ 2CuCl + H_{2}O = Cu_{2}O + 2HCl $。② 由质量守恒定律可知，化学变化前后元素的种类不变，第 10~20 min：部分 $ Cu_{2}O $ 在酸性溶液中，吸收常见气体氧气生成 $ Cu_{2}(OH)_{3}Cl $。(3) 抛光过程包含过程 1 和过程 2，过程 1 产生氧化膜，是指铜和过氧化氢溶液反应生成氧化铜和水，该反应的化学方程式为 $ Cu + H_{2}O_{2} = CuO + H_{2}O $。过程 2 除去氧化膜，过氧化氢溶液与铜反应生成氧化铜和水，硫酸和氧化铜反应生成可溶于水的硫酸铜和水，则除去氧化膜的物质为 $ H_{2}SO_{4} $。(4) 分析实验④和⑤，温度相同，过氧化氢溶液、硫酸铜溶液体积相同，浓度相等，硫酸溶液体积相等，浓度不同，变量是硫酸的浓度，由题表数据可知，硫酸的浓度越大，过氧化氢溶液分解生成氧气的速率越快。(5) 为了更明显地观察硫酸浓度对过氧化氢分解速率的影响，还需要增加试管⑥实验，除了在 40℃水浴中以及加入 10 mL 30%的 $ H_{2}O_{2} $、1 mL 14%的 $ CuSO_{4} $ 溶液之外，此时变量是硫酸的浓度，相同条件下，硫酸浓度越高，反应速率越快，为了使观察更直观，反应速率要适中，可使实验⑤和⑥作对比，比较硫酸浓度对过氧化氢分解速率的影响，还应该加入的试剂为 1 mL 50%的硫酸。
解析：(2) ① 前 10 min：依据质量守恒定律可知，CuCl 与水反应生成 $ Cu_{2}O $ 和 HCl，该反应的化学方程式为 $ 2CuCl + H_{2}O = Cu_{2}O + 2HCl $。② 由质量守恒定律可知，化学变化前后元素的种类不变，第 10~20 min：部分 $ Cu_{2}O $ 在酸性溶液中，吸收常见气体氧气生成 $ Cu_{2}(OH)_{3}Cl $。(3) 抛光过程包含过程 1 和过程 2，过程 1 产生氧化膜，是指铜和过氧化氢溶液反应生成氧化铜和水，该反应的化学方程式为 $ Cu + H_{2}O_{2} = CuO + H_{2}O $。过程 2 除去氧化膜，过氧化氢溶液与铜反应生成氧化铜和水，硫酸和氧化铜反应生成可溶于水的硫酸铜和水，则除去氧化膜的物质为 $ H_{2}SO_{4} $。(4) 分析实验④和⑤，温度相同，过氧化氢溶液、硫酸铜溶液体积相同，浓度相等，硫酸溶液体积相等，浓度不同，变量是硫酸的浓度，由题表数据可知，硫酸的浓度越大，过氧化氢溶液分解生成氧气的速率越快。(5) 为了更明显地观察硫酸浓度对过氧化氢分解速率的影响，还需要增加试管⑥实验，除了在 40℃水浴中以及加入 10 mL 30%的 $ H_{2}O_{2} $、1 mL 14%的 $ CuSO_{4} $ 溶液之外，此时变量是硫酸的浓度，相同条件下，硫酸浓度越高，反应速率越快，为了使观察更直观，反应速率要适中，可使实验⑤和⑥作对比，比较硫酸浓度对过氧化氢分解速率的影响，还应该加入的试剂为 1 mL 50%的硫酸。