Question

8．我國歷史悠久，文明發達，早在商代就會冶練銅器，在出土的各代銅器表面都為綠色．經科學家檢驗，這些銅器都為堿式碳酸銅[Cu₂（OH）₂CO₃]．
堿式碳酸銅也是一種用途廣泛的化工原料，實驗室以廢銅屑為原料制取堿式碳酸銅的步驟如下：
步驟一：廢銅屑制硝酸銅
如圖所示，用膠頭滴管吸取濃HNO₃緩慢加到錐形瓶內的廢銅屑中（廢銅屑過量），充分反應后過濾，得到硝酸銅溶液．
步驟二：堿式碳酸銅的制備
向大試管中加人碳酸鈉溶液和硝酸銅溶液，水浴加熱至70℃左右，用0.4mol/L的NaOH溶液調節pH至8.5，振蕩，靜置，過濾，用熱水洗滌，烘干，得到堿式碳酸銅產品．
完成下列問題：
（1）寫出金屬銅在潮濕的空氣中形成銅綠的化學方程式：2Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu₂（OH）₂CO₃；
（2）如圖裝置中，錐形瓶內產生的氣體顏色變化情況：隨著反應的進行，氣體由紅棕色逐漸變淡，其原因是（用離子方程式表示）Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）如圖裝置中，NaOH溶液可以吸收硝酸與金屬銅反應生成的污染性氣體，其中有一個反應為NO₂+NaOH→NaNO₂+NaNO₃+H₂O（未配平），則當消耗11.2LNO₂（已換算為標準狀況下）時，轉移電子的個數為0.25N_A．
（4）步驟二中，水浴加熱所需儀器有燒杯和溫度計（加熱、持夾儀器、石棉網除外）．
（5）步驟二中，若忘記用0.4mol/LNaOH溶液調節pH至8.5，會發現大試管中有少量氣泡生成，且產生少量藍色沉淀，請解釋原因：銅離子和碳酸根離子發生雙水解反應生成二氧化碳和氫氧化銅．
（6）步驟二中，烘干時，如果操作不慎，會造成堿式碳酸銅的受熱分解，若試驗得到2.42g樣品（只含CuO雜質），取此樣品加熱至分解完全后，得到1.8g固體，此樣品中堿式碳酸銅的質量分數是91.7%．

Answer 1

分析 （1）銅在潮濕的空氣中生成銅綠（Cu₂（OH）₂CO₃）是銅與空氣中的水、氧氣、二氧化碳共同作用的結果；
（2）在實驗步驟一中，錐形瓶內反應開始時，會看到在Cu 溶解，錐形瓶中溶液變藍色，氣體變為紅棕色；
（3）NO₂+NaOH→NaNO₂+NaNO₃+H₂O中，NO₂→NaNO₂，N元素化合價降低1價，NO₂→NaNO₃，N元素化合價升高1價，則由化合價的升降配平，根據得失電子守恒計算；
（4）反應結束后，廣口瓶的溶液中，除了剩余的NaOH外，還含有新生成的NaNO₂與NaNO₃；因反應器為大試管，故水浴加熱中用來盛放水的儀器可以選用燒杯、溫度計（測定水溫）；
（5）步驟二中，若忘記用0.4mol/LNaOH溶液調節pH至8.5，銅離子和碳酸根離子發生雙水解反應生成二氧化碳和氫氧化銅；
（6）根據反應前后固體質量的變化利用方程式的有關計算．

解答 解：（1）銅和水、氧氣、二氧化碳等物質反應生成堿式碳酸銅，反應的化學方程式為：2Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu₂（OH）₂CO₃，
故答案為：2Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu₂（OH）₂CO₃；
（2）濃硝酸與銅反應的離子方程式為Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，在實驗步驟一中，錐形瓶內反應開始時，會看到在Cu 溶解，錐形瓶中溶液變藍色，氣體變為紅棕色，隨著反應的進行，顏色逐漸變淡，生成NO，3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
故答案為：隨著反應的進行，氣體由紅棕色逐漸變淡；Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）NO₂+NaOH→NaNO₂+NaNO₃+H₂O中，NO₂→NaNO₂，N元素化合價降低1價，被還原，NO₂→NaNO₃，N元素化合價升高1價，被氧化，則由化合價的升降配平可得：2NO₂+2NaOH═NaNO₂+NaNO₃+H₂O，氧化劑和還原劑的物質的量之比為1：1，每2mol二氧化氮反應轉移電子數為：1mol，標準狀況下11.2LNO₂的物質的量為0.5mol，當消耗11.2LNO₂（已換算為標準狀況下）時，轉移電子的個數為0.25mol，即0.25N_A，
故答案為：0.25N_A；
（4）因反應器為大試管，故水浴加熱中用來盛放水的儀器可以選用燒杯、測定水溫用溫度計，
故答案為：溫度計；
（5）碳酸根離子水解呈堿性，銅離子水解呈酸性，步驟二中，若忘記用0.4mol/LNaOH溶液調節pH至8.5，銅離子和碳酸根離子發生雙水解反應生成二氧化碳和氫氧化銅，會發現大試管中有少量氣泡生成，且產生少量藍色沉淀，
故答案為：銅離子和碳酸根離子發生雙水解反應生成二氧化碳和氫氧化銅；
（6）設此樣品中堿式碳酸銅的質量為x
Cu₂（OH）₂CO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+H₂O+CO₂↑△m（減小量）
222               160         222-160=62
x                         （2.42g-1.8g）=0.62g
$\frac{222}{x}$=$\frac{62}{0.62g}$，x=2.22g，此樣品中堿式碳酸銅的質量分數是$\frac{2.22g}{2.42g}$×100%=91.7%，
故答案為：91.7%．

點評 本題考查了堿式碳酸銅制備實驗，掌握銅、氮及其化合物的性質，以及化學反應定量計算化學式的方法是解答關鍵，題目難度中等．