Question

堿式碳酸銅[化學式為Cu₂（OH）₂CO₃，相對分子質量為222]加熱完全分解后得到的黑色固體是什么呢？甲、乙、丙三位同學想通過實驗探究，來確定該黑色固體的組成．
（1）提出問題：黑色固體是什么？
（2）猜想與假設：黑色固體可能是：①______；②可能是炭粉；③可能是炭粉和氧化銅的混合物．請你補充猜想①．作出這些猜想的依據是______．
（3）實驗方案：他們稱取了2.22g堿式碳酸銅在試管中高溫加熱使之完全分解，冷卻至室溫，稱得黑色固體產物的質量為1.6g．
（4）實驗反思：①甲同學經過思考后，認為可以排除猜想③，理由是______（用化學方程式表示）．
②乙同學根據質量守恒定律：化學反應前后，元素的種類和質量都不變．通過對得到的數據進行計算，排除了猜想②，他的理由是（通過計算式說明）______．
（5）實驗結論：結合甲、乙同學的探究和查閱資料，丙同學確認只有猜想①成立．
（6）實驗拓展：丙同學想進一步探究該黑色固體的化學性質．他發現實驗室有一瓶無色溶液，其標簽嚴重破損（如圖），老師告訴他該瓶試劑是硫酸、硫酸鈉或硫酸鎂溶液中的一種．他通過查閱資料得知常溫下這三種物質的溶解度如下表：

物 質	H2SO4	Na2SO4	MgSO4
常溫下的溶解度∕g	與水以任意比互溶	18.0	39.0

丙同學根據以上信息，分析此溶液一定不是______溶液．為確定其成分，他取了少量黑色固體放入試管中，然后向其中滴加了一定量的該無色溶液后，發現黑色固體全部消失，溶液由無色變為藍色．他確定該溶液為______．其反應的化學方程式為______．

Answer 1

解：
（2）根據質量守恒定律可知，反應前后元素的種類不變；堿式碳酸銅Cu₂（OH）₂CO₃的產物是有Cu、O、H、C中的一種或多種元素組合而成；結合題目信息（黑色粉末）可知，氧化銅和碳都是黑色固體；所以黑色物質還可能是氧化銅；
（4）①因為該反應在高溫下進行，而碳和氧化銅在高溫下可相互反應生成銅和二氧化碳，方程式是C+2CuOCu+CO₂↑，所以不可能是二者的混合物，可以排除猜想③；
②2.22g堿式碳酸銅含碳元素的質量為×22.2g=1.2g≠1.6g，所以不可能是碳，排除了猜想②；
（6）硫酸的溶解度是能與水以任意比互溶，溶液中溶質的質量分數可以達到20%，可能是硫酸；
根據硫酸鈉的溶解度，在該溫度下，硫酸鈉飽和溶液的溶質的質量分數為：×100%≈17%，即最大質量分數不會超過17%，而圖中信息為20%，則一定不是硫酸鈉溶液；
根據硫酸鎂的溶解度，在該溫度下，硫酸鎂飽和溶液的溶質的質量分數是：×100%≈28.06%，即最大質量分數不會超過28.06%，可能是硫酸鎂；
氧化銅與硫酸鎂不反應，故不可能是硫酸鎂；與氧化銅發生反應的是硫酸，生成硫酸銅和水，方程式是 H₂SO₄+CuO═CuSO₄+H₂O；
故答案為：
（2）①可能是氧化銅； 化學反應前后元素種類不變，且氧化銅和炭粉都是黑色固體；
（4）①C+2CuOCu+CO₂↑；
②2.22g堿式碳酸銅含碳元素的質量為×22.2g=1.2g≠1.6g；
（6）硫酸鈉； 硫酸； H₂SO₄+CuO═CuSO₄+H₂O．
分析：（2）探究性題目的做法是大膽推測，但要有合理的依據，不能憑空猜想；根據質量守恒定律可知，堿式碳酸銅的產物是有Cu、O、H、C中的一種或多種元素組合而成；根據題目信息（黑色粉末）可知，黑色物質還可能是氧化銅；
（4）①根據氧化銅、碳高溫可相互反應分析解答；
②利用質量守恒定律元素的質量守恒解答即可；
（6）由標簽可知：溶液的質量分數是20%，題中給出三種物質的溶解度，根據溶解度計算在該溫度下，飽和溶液中的溶質的質量分數，從而可以確定溶液的可能組成；
能與氧化銅發生反應的是硫酸，生成硫酸銅和水．
點評：本題主要考查了利用所學知識，通過實驗探究堿式碳酸銅的受熱分解產物，其中涉及到質量守恒定律的應用，依據碳和氧化銅的化學性質不同，選擇合適的試劑并根據實驗現象對二者進行鑒別等問題，該類實驗探究題能很好的考查學生的分析、解決問題的能力，并培養學生的思維能力．