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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${Cu_{2}(OH)_{2}CO_{3}}$、${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$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.${Cu_{2}(OH)_{2}CO_{3}}$
B.${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$
C.${Cu_{2}(OH)_{2}CO_{3}}$、${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$
任务二、模拟${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$的生成。
【查阅文献】铜在${Cl^{-}}$的环境中生成${CuCl}$,${CuCl}$最终会转化为${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$。
【实验探究】向蒸馏水中加入${CuCl}$粉末,每隔2 min测一次pH,结果如图所示。
【讨论分析】(2) ${CuCl}$转化为${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$分两个阶段。
① 前10 min:${CuCl}$与水反应生成${Cu_{2}O}$,化学方程式为
② 第10～20 min:部分${Cu_{2}O}$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${H_{2}SO_{4}}$和${H_{2}O_{2}}$,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${H_{2}O_{2} +Cu +H_{2}SO_{4}\xlongequal{}CuSO_{4} +2H_{2}O}$。
【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,${H_{2}SO_{4}}$浓度对${H_{2}O_{2}}$分解速率的影响。
【查阅文献】${H_{2}O_{2}}$易分解,分解速率与温度、${CuSO_{4}}$(催化剂)和${H_{2}SO_{4}}$的浓度有关。
【实验探究】探究温度和${CuSO_{4}}$浓度一定时,不同浓度的${H_{2}SO_{4}}$对${H_{2}O_{2}}$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$\boldsymbol{40\ °C}$水浴中,测量各时间段生成${O_{2}}$的速率,实验结果记录如表所示。
【得出结论】(4) 不同浓度的${H_{2}SO_{4}}$对${H_{2}O_{2}}$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${H_{2}SO_{4}}$浓度对${H_{2}O_{2}}$分解速率的影响,还需要增加试管⑥实验,除了在$\boldsymbol{40\ °C}$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,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${Cu_{2}(OH)_{2}CO_{3}}$、${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$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.${Cu_{2}(OH)_{2}CO_{3}}$
B.${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$
C.${Cu_{2}(OH)_{2}CO_{3}}$、${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$
任务二、模拟${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$的生成。
【查阅文献】铜在${Cl^{-}}$的环境中生成${CuCl}$,${CuCl}$最终会转化为${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$。
【实验探究】向蒸馏水中加入${CuCl}$粉末,每隔2 min测一次pH,结果如图所示。
【讨论分析】(2) ${CuCl}$转化为${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$分两个阶段。
① 前10 min:${CuCl}$与水反应生成${Cu_{2}O}$,化学方程式为
${2CuCl + H_{2}O=Cu_{2}O + 2HCl}$
。② 第10～20 min:部分${Cu_{2}O}$在酸性溶液中,吸收常见气体
${O_{2}}$
(填化学式)生成${Cu_{2}(OH)_{3}Cl}$。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${H_{2}SO_{4}}$和${H_{2}O_{2}}$,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${H_{2}O_{2} +Cu +H_{2}SO_{4}\xlongequal{}CuSO_{4} +2H_{2}O}$。
【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,${H_{2}SO_{4}}$浓度对${H_{2}O_{2}}$分解速率的影响。
【查阅文献】${H_{2}O_{2}}$易分解,分解速率与温度、${CuSO_{4}}$(催化剂)和${H_{2}SO_{4}}$的浓度有关。
【实验探究】探究温度和${CuSO_{4}}$浓度一定时,不同浓度的${H_{2}SO_{4}}$对${H_{2}O_{2}}$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$\boldsymbol{40\ °C}$水浴中,测量各时间段生成${O_{2}}$的速率,实验结果记录如表所示。
【得出结论】(4) 不同浓度的${H_{2}SO_{4}}$对${H_{2}O_{2}}$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${H_{2}SO_{4}}$浓度对${H_{2}O_{2}}$分解速率的影响,还需要增加试管⑥实验,除了在$\boldsymbol{40\ °C}$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,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$40\ {°C}$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。
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$40\ {°C}$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。
