Question

5．以Al和不同的銅鹽溶液間的反應(yīng)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，探索Al與不同銅鹽溶液反應(yīng)的多樣性．

實(shí)驗(yàn)	向試管中加入2ml溶液	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
	實(shí)驗(yàn)Ⅰ：0.5mol/LCuCl2溶液	15s：大量氣泡且有紅色物質(zhì)析出 60s：反應(yīng)進(jìn)一步加快且反應(yīng)劇烈放熱，液體幾乎沸騰 120s：鋁片反應(yīng)完，試管中析出大量蓬松的紅色物質(zhì)
	實(shí)驗(yàn)Ⅱ：0.5mol/LCuSO4溶液	15s 無(wú)明顯現(xiàn)象 60s：鋁片表面有極少氣泡 120s：有少量氣泡溢出，鋁片邊緣有很少紅色物質(zhì)生成

（1）對(duì)實(shí)驗(yàn)Ⅰ進(jìn)行研究②④
①實(shí)驗(yàn)Ⅰ中生成紅色物質(zhì)的離子方程式為：2Al+3Cu²⁺=2Al³⁺+3Cu
②經(jīng)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)Ⅰ中產(chǎn)生的氣體為氫氣，用離子方程式解釋溶液中存在H⁺的原因：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺
③請(qǐng)寫(xiě)出60s后反應(yīng)進(jìn)一步加快可能的原因（寫(xiě)出兩條）Cu和Al在酸性條件下形成原電池；反應(yīng)放熱，溫度升高速率加快
（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)Ⅱ進(jìn)行研究
實(shí)驗(yàn)Ⅱ反應(yīng)明顯比實(shí)驗(yàn)Ⅰ緩慢，說(shuō)明Al與不同的銅鹽溶液反應(yīng)呈現(xiàn)多樣性，其原因可能有：
假設(shè)一：SO₄^2-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在一定的抑制作用．
假設(shè)二：Cl^-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在促進(jìn)作用
（3）為進(jìn)一步研究上述假設(shè)，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)	向試管中加入2mL溶液	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
	實(shí)驗(yàn)Ⅲ：0.5mol/LCuCl2溶液+1g Na2SO4固體	加入 Na2SO4固體后速率幾乎不變，仍有大量氣泡產(chǎn)生，紅色物質(zhì)生成且劇烈放熱，鋁片反應(yīng)完全，溶液沸騰
	實(shí)驗(yàn)Ⅳ：0.5mol/L CuCl2溶液+5g Na2SO4固體	加入Na2SO4固體后速率幾乎不變，仍有大量氣泡產(chǎn)生，紅色物質(zhì)生成且劇烈放熱，鋁片反應(yīng)完全，溶液沸騰
	實(shí)驗(yàn)Ⅴ：0.5mol/LCuSO4溶液+0.02mol NaCl固體	未加入 NaCl固體前幾乎沒(méi)現(xiàn)象，加入后，鋁片表面迅速產(chǎn)生大量氣體和紅色物質(zhì)，溶液溫度上升至沸騰，鋁反應(yīng)完全
	實(shí)驗(yàn)Ⅵ：0.5mol/LCuSO4溶液+0.02mol NH4Cl固體	未加入 NH4Cl固體前幾乎沒(méi)現(xiàn)象，加入后，鋁片表面迅速產(chǎn)生大量氣體和紅色物質(zhì)，溶液溫度上升至沸騰，鋁反應(yīng)完全

實(shí)驗(yàn)Ⅵ的設(shè)計(jì)目的是：對(duì)照實(shí)驗(yàn)，排除Na⁺的干擾，證明Na⁺對(duì)該反應(yīng)不造成影響
其中，實(shí)驗(yàn)Ⅰ與實(shí)驗(yàn)Ⅲ、Ⅳ做對(duì)比，結(jié)論為：SO₄^2-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)沒(méi)有抑制作用
其中，實(shí)驗(yàn)Ⅱ與實(shí)驗(yàn)Ⅴ、Ⅵ做對(duì)比，結(jié)論為：Cl^-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在促進(jìn)作用
（4）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明Cl^-對(duì)Al與H⁺的反應(yīng)同樣起到相似的作用：用砂紙打磨后的鋁片分別與H⁺濃度均為0.2mol/L的鹽酸和硫酸反應(yīng)，前者更劇烈．

Answer 1

分析 （1）①以Al和不同的銅鹽溶液間的反應(yīng)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)Ⅰ：0.5mol/LCuCl₂溶液，大量氣泡且有紅色物質(zhì)析出是鋁置換銅生成的銅單質(zhì)；
②經(jīng)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)Ⅰ中產(chǎn)生的氣體為氫氣，活潑金屬反應(yīng)生成，說(shuō)明溶液中存在氫離子，是銅離子水解的結(jié)果；
③60s：反應(yīng)進(jìn)一步加快且反應(yīng)劇烈放熱，液體幾乎沸騰，說(shuō)明反應(yīng)是放熱反應(yīng)，置換出的銅和鋁在電解質(zhì)溶液中析出原電池反應(yīng)；
（2）實(shí)驗(yàn)Ⅱ反應(yīng)明顯比實(shí)驗(yàn)Ⅰ緩慢，說(shuō)明Al與不同的銅鹽溶液反應(yīng)呈現(xiàn)多樣性，實(shí)驗(yàn)Ⅰ：0.5mol/LCuCl₂溶液，實(shí)驗(yàn)Ⅱ：0.5mol/LCuSO₄溶液和鋁反應(yīng)氯離子和硫酸根離子對(duì)反應(yīng)影響；
（3）探究假設(shè)一：SO₄^2-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在一定的抑制作用，假設(shè)二：Cl^-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在促進(jìn)作用，對(duì)比實(shí)驗(yàn)需要加入氯化銨和氯化鈉物質(zhì)的量相同；
（4）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明Cl^-對(duì)Al與H⁺的反應(yīng)同樣起到相似的作用可以是利用氫離子濃度相同的硫酸和鹽酸對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證氯離子影響大．

解答 解：（1）①實(shí)驗(yàn)Ⅰ：0.5mol/LCuCl₂溶液，大量氣泡且有紅色物質(zhì)析出是鋁置換銅生成的銅單質(zhì)，反應(yīng)的離子方程式為：2Al+3Cu²⁺=2Al³⁺+3Cu，
故答案為：2Al+3Cu²⁺=2Al³⁺+3Cu；
②經(jīng)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)Ⅰ中產(chǎn)生的氣體為氫氣，用離子方程式解釋溶液中存在H⁺的原因是銅離子水解的結(jié)果，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，
故答案為：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；
③60s：反應(yīng)進(jìn)一步加快且反應(yīng)劇烈放熱，液體幾乎沸騰，說(shuō)明反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高速率加快，置換出的銅和鋁在電解質(zhì)溶液中析出原電池反應(yīng)加快反應(yīng)速率，
故答案為：Cu和Al在酸性條件下形成原電池；反應(yīng)放熱，溫度升高速率加快；
（2）實(shí)驗(yàn)Ⅱ反應(yīng)明顯比實(shí)驗(yàn)Ⅰ緩慢，說(shuō)明Al與不同的銅鹽溶液反應(yīng)呈現(xiàn)多樣性，實(shí)驗(yàn)Ⅰ：0.5mol/LCuCl₂溶液，實(shí)驗(yàn)Ⅱ：0.5mol/LCuSO₄溶液和鋁反應(yīng)氯離子和硫酸根離子對(duì)反應(yīng)影響，假設(shè)一：SO₄^2-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在一定的抑制作用，假設(shè)二：Cl^-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在促進(jìn)作用，
故答案為：Cl^-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在促進(jìn)作用；
（3）探究假設(shè)一：SO₄^2-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在一定的抑制作用，假設(shè)二：Cl^-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在促進(jìn)作用，對(duì)比實(shí)驗(yàn)需要加入氯化銨和氯化鈉物質(zhì)的量相同，實(shí)驗(yàn)Ⅵ：0.5mol/LCuSO₄溶液加入0.02molNH₄Cl固體，未加入 NH₄Cl固體前幾乎沒(méi)現(xiàn)象，加入后，鋁片表面迅速產(chǎn)生大量氣體和紅色物質(zhì)，溶液溫度上升至沸騰，鋁反應(yīng)完全，設(shè)計(jì)目的是對(duì)照實(shí)驗(yàn)，排除Na⁺的干擾，證明Na⁺對(duì)該反應(yīng)不造成影響，其中，實(shí)驗(yàn)Ⅰ與實(shí)驗(yàn)Ⅲ、Ⅳ做對(duì)比，結(jié)論為：SO₄^2-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)沒(méi)有抑制作用，其中，實(shí)驗(yàn)Ⅱ與實(shí)驗(yàn)Ⅴ、Ⅵ做對(duì)比，結(jié)論為：Cl^-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在促進(jìn)作用，
故答案為：0.02mol；  對(duì)照實(shí)驗(yàn)，排除Na⁺的干擾，證明Na⁺對(duì)該反應(yīng)不造成影響；SO₄^2-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)沒(méi)有抑制作用；Cl^-對(duì)Al與Cu²⁺的置換反應(yīng)存在促進(jìn)作用；
（4）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明Cl^-對(duì)Al與H⁺的反應(yīng)同樣起到相似的作用，可以利用氫離子濃度相同的硫酸和鹽酸，用砂紙打磨后的鋁片分別與H⁺濃度均為0.2mol/L的鹽酸和硫酸反應(yīng)，前者更劇烈，
故答案為：用砂紙打磨后的鋁片分別與H⁺濃度均為0.2mol/L的鹽酸和硫酸反應(yīng)，前者更劇烈．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、對(duì)比試驗(yàn)的分析判斷、過(guò)程分析和現(xiàn)象的理解應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．