Question

13．某研究性學習小組同學將一定濃度的NaHCO₃溶液加入到CuSO₄溶液中，發現生成了沉淀．他們對沉淀的成分進行了如下探究，請填寫相關內容：
提出假設         假設1：沉淀是CuCO₃；假設2：沉淀全部是Cu（OH）₂；
假設3：沉淀是CuCO₃和Cu（OH）₂的混合物．
驗證假設        
（1）如果假設1成立，則反應的離子方程式為Cu²⁺+2HCO₃^-═CuCO₃↓+H₂O+CO₂↑．
（2）為了證明以上哪種假設成立，該小組同學利用下圖所示裝置對CuCO₃的質量分數進行測定：

①實驗過程中有以下操作步驟：（上圖從左到右分別是K₁，K₂，K₃，K₄）
a．關閉K₁、K₃，打開K₂、K₄，充分反應        b．打開K₁、K₄，關閉K₂、K₃，通入過量空氣
c．打開K₁、K₃，關閉K₂、K₄，通入過量空氣    正確順序是（填選項序號）cab．
②若沉淀樣品的質量為10.0g，裝置D的質量增加了2.2g，則沉淀中CuCO₃的質量分數為62%． 
③由以上實驗可知，假設3成立．

Answer 1

分析 （1）依據沉淀為氫氧化銅、碳酸銅或二者混合物假設判斷，若生成碳酸銅說明是銅離子結合碳酸根離子，促進碳酸氫根離子電離；
（2）實驗目的為測定沉淀中CuCO₃的質量分數，由實驗裝置可知，A中NaOH溶液吸收二氧化碳，開始裝置內含有二氧化碳，應向裝置內通入除去二氧化碳的空氣，排盡裝置內的二氧化碳，故應打開K₁、K₃，關閉K₂、K₄；然后從分液漏斗中加入硫酸，充分反應，故應關閉K₁、K₃，打開K₂、K₄，反應完畢，容器內殘留部分二氧化碳，應向裝置內通入除去二氧化碳的空氣，排出裝置內的二氧化碳使反應生成的二氧化碳被裝置D完全吸收，否則會導致二氧化碳測定的質量偏低，測定碳酸銅的質量分數偏低；而E裝置可防止空氣的二氧化碳、水進入裝置D中，影響質量分數的測定，以此來解答．

解答 解：依據假設可知沉淀可逆是碳酸銅或氫氧化銅或二者混合物，假設2沉淀全部為Cu（OH）₂，故答案為：沉淀全部是Cu（OH）₂；
（1）若假設1正確，若生成碳酸銅說明是銅離子結合碳酸根離子，促進碳酸氫根離子電離，反應的離子方程式為Cu²⁺+2HCO₃^-═CuCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
故答案為：Cu²⁺+2HCO₃^-═CuCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
（2）①由實驗目的及裝置可知，開始裝置內含有二氧化碳，應向裝置內通入除去二氧化碳的空氣，排盡裝置內的二氧化碳，故應打開K₁、K₃，關閉K₂、K₄；然后從分液漏斗中加入硫酸，充分反應；故應關閉K₁、K₃，打開K₂、K₄；反應完畢，容器內殘留部分二氧化碳，應向裝置內通入除去二氧化碳的空氣，排出裝置內的二氧化碳使反應生成的二氧化碳被裝置D完全吸收，故正確的順序是cab；
故答案為：cab；
②裝置D的質量增加的2.2g為反應生成的二氧化碳的質量，二氧化碳的物質的量為=$\frac{2.2g}{44g/mol}$=0.05mol，根據碳元素守恒可知n（CuCO₃）=n（CO₂）=0.05mol，故碳酸銅的質量為0.05mol×124g/mol=6.2g，故沉淀中CuCO₃的質量分數為$\frac{6.2g}{10g}$×100%=62%；
故答案為：62%；
③沉淀質量分數假設可知含有氫氧化銅沉淀，所以假設3正確，故答案為：3．

點評 本題考查物質含量的測定及性質實驗方案設計，為高頻考點，把握實驗原理與裝置的理解評價、對實驗操作的理解、物質含量的測定、化學計算等為解答的關鍵，是對所學知識的綜合運用，需要學生具備扎實的基礎知識與分析問題、解決問題能力，題目難度中等．