Question

11．某研究小組為了探究一種無機礦物質X（僅含四種元素）的組成和性質，設計并完成如下實驗：
實驗一、定性測定：用如圖1裝置測定礦物X中的元素

（1）加熱一段時間后觀察到現象：CuSO₄固體由白色變為藍色，澄清石灰水變渾濁，說明X分解生成了CO₂和H₂O．
（2）取分解后的固體少量，加入稀鹽酸后固體溶解得到藍色溶液．
據以上事實證明X中的四種元素分別是Cu、H、C、O．
實驗二、定量測定：通過圖2所示裝置的連接，進行定量分析來測定其組成．
（3）實驗開始時要通入過量的空氣，其作用是排凈空氣中CO₂和水蒸氣．
（4）各裝置的接口順序是：a→f→g→h→i→b→c→d．
（5）裝置C放在最后的作用是防止空氣中的CO₂和水蒸氣進入，影響測定結果．
（6）實驗過程中稱取礦物X的質量為11.1克，反應結束后裝置B質量增加了2.2克，E裝置增重0.9克，則礦物X的化學式為：Cu₂（OH）₂CO₃．

Answer 1

分析 I、（1）無水硫酸銅變藍說明有水，澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳；
（2）分解后的固體少量，加入稀鹽酸后固體溶解得到藍色溶液，說明有氯化銅溶液生成，結合（1）判斷元素組成；
II、把空氣先通過堿石灰，出掉空氣中的二氧化碳和水蒸氣，然后通入整個裝置，以排凈裝置中原有的空氣，在加熱條件下樣品分解，生成的混合氣體，通過濃硫酸吸收水，再通過B堿石灰吸收二氧化碳，最后連接C，以防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入B中產生干擾；
（3）先通過量空氣排出裝置中原有的空氣；
（4）根據實驗過程分析判斷儀器連接順序；
（5）空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入B中會使測得的二氧化碳的質量偏大；
（6）反應結束后裝置B質量增加了2.2克，即生成的二氧化碳為2.2g，E裝置增重0.9克，即生成水為0.9g，根據元素守恒計算C、H、O、Cu的物質的量，據此確定化學式．

解答 解：I、（1）無水硫酸銅變藍說明有水，澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳，所以X分解生成了CO₂和；
故答案為：CO₂；H₂O；
（2）由（1）分析可知X分解生成二氧化碳和水，則X中含有C、H、O元素，分解后的固體少量，加入稀鹽酸后固體溶解得到藍色溶液，說明有氯化銅溶液生成，則X中還含有Cu元素，所以X中元素組成為Cu、H、C、O；
故答案為：Cu、H、C、O；
II、把空氣先通過堿石灰，出掉空氣中的二氧化碳和水蒸氣，然后通入整個裝置，以排凈裝置中原有的空氣，在加熱條件下樣品分解，生成的混合氣體，通過濃硫酸吸收水，再通過B堿石灰吸收二氧化碳，最后連接C，以防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入B中產生干擾；
（3）裝置中有空氣，其中的二氧化碳和水蒸氣對實驗有干擾，所以實驗開始時要通入過量的空氣，排凈空氣中CO₂和水蒸氣；
故答案為：排凈空氣中CO₂和水蒸氣；
（4）由分析可知裝置的連接順序為：a→f→g→h→i→b→c；
故答案為：f、g、h、i、b、c；
（5）空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入B中會使測得的二氧化碳的質量偏大，所以B裝置后面連接一個盛有堿石灰的干燥管C，防止空氣中的CO₂和水蒸氣進入，影響測定結果；
故答案為：防止空氣中的CO₂和水蒸氣進入，影響測定結果；
（6）反應結束后裝置B質量增加了2.2克，即生成的二氧化碳為2.2g，則n（CO₂）=n（C）=$\frac{2.2g}{44g/mol}$=0.05mol，
E裝置增重0.9克，即生成水為0.9g，則n（H）=2n（H₂O）=$\frac{0.9g}{18g/mol}$×2=0.1mol，
由定性分析可知：分解后的固體少量，加入稀鹽酸后固體溶解得到藍色溶液，則分解后的固體為CuO，則CuO的質量為11.1g-2.2g-0.9g=8.0g，
所以n（CuO）=$\frac{8.0g}{80g/mol}$=0.1mol，
樣品中O元素的物質的量：n（O）=0.05×2+0.05+0.1=0.25mol，
則樣品中N（Cu）：N（H）：N（C）：N（O）=0.1mol：0.05mol：0.1mol：0.25mol=2：1：2：5，則其化學式為Cu₂（OH）₂CO₃；
故答案為：Cu₂（OH）₂CO₃．

點評 本題考查了物質化學式的確定，涉及物質的檢驗、物質的性質、原子守恒在計算中的應用等知識點，熟悉元素化合物的性質是解本題關鍵，明白實驗原理以及實驗裝置的連接順序和每一步發生的反應及反應現象是解題的關鍵，題目難度中等．