Question

14．某研究性學習小組以甲酸為原料在實驗室完成了一氧化碳和甲酸銅兩種物質的制備實驗．
實驗一、用甲酸制備一氧化碳
CO的制備原理：HCOOH$→_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CO↑+H₂O，制備裝置如圖1（其中夾持儀器、加熱儀器沒有畫出） 
（1）b儀器的名稱為溫度計，c的作用是防倒吸．
（2）制備CO時，濃硫酸與甲酸的混合方式是先加熱濃硫酸至80℃-90℃，再逐滴滴入甲酸．
實驗二、用甲酸制備甲酸銅
步驟一：堿式碳酸銅的制備如圖2所示
步驟二：甲酸銅的制備
將產品堿式碳酸銅放入燒杯內，加入約20mL蒸餾水，加熱攪拌至323K左右，逐滴加入適量甲酸至沉淀完全溶解，趁熱過濾，濾液在通風櫥下蒸發至原體積的$\frac{1}{3}$左右，冷卻至室溫，減壓過濾，洗滌，得Cu（HCOO）₂•4H₂O產品，稱量，計算產率．回答下列問題：
（3）在制備堿式碳酸銅的過程中，如果溫度過高，對產物有何影響？溫度過高導致Cu（OH）₂?CuCO₃分解．
（4）步驟二中堿式碳酸銅滴入甲酸生成四水合甲酸銅的化學方程式為Cu（OH）₂•CuCO₃+4HCOOH+5H₂O═Cu（HCOO）₂•4H₂O+CO₂↑．
（5）本實驗涉及三種固液分離的方法．
①傾析法使用到的儀器有燒杯、玻璃棒；
②采用減壓過濾的裝置對步驟二中溶解后的溶液進行趁熱過濾；
③步驟二的實驗中，需用到如圖3裝置CDF．
（6）最終稱量所得的產品為7.91g，則產率為70%．

Answer 1

分析 （1）根據圖1可以看出b儀器為溫度計，c為安全瓶；
（2）制備CO時，先加熱濃硫酸至80℃-90℃，再逐滴滴入甲酸；
（3）堿式碳酸銅不穩定，溫度過高容易分解；
（4）堿式碳酸銅滴入甲酸生成四水合甲酸銅和二氧化碳，據此書寫方程式；
（5）①根據傾析法的操作方法選用儀器；
③根據步驟（Ⅱ）中制備甲酸銅的操作步驟選用需要的儀器；
（6）根據n=$\frac{m}{M}$計算出硫酸銅晶體、碳酸氫鈉的物質的量，然后根據不足量計算出生成堿式碳酸銅的物質的量，再根據反應Cu（OH）₂•CuCO₃+4HCOOH+5H₂O═Cu（HCOO）₂•4H₂O+CO₂↑計算出理論上生成甲酸銅晶體的質量，最后計算出產率．

解答 解：（1）根據圖1可以看出b儀器為溫度計；因為HCOOH易溶于水，會發生倒吸現象，需在收集前加一個安全瓶，所以c為安全瓶作用防倒吸，
故答案為：溫度計；防倒吸；
（2）制備CO時，先加熱濃硫酸至80℃-90℃，再逐滴滴入甲酸；故答案為：先加熱濃硫酸至80℃-90℃，再逐滴滴入甲酸；
（3）用于堿式碳酸銅不穩定，溫度過高導致Cu（OH）₂?CuCO₃分解生成黑色的氧化銅、二氧化碳氣體和水，影響其產率，
故答案為：溫度過高導致Cu（OH）₂?CuCO₃分解；
（4）堿式碳酸銅滴入甲酸生成四水合甲酸銅和二氧化碳，則方程式為Cu（OH）₂•CuCO₃+4HCOOH+5H₂O═Cu（HCOO）₂•4H₂O+CO₂↑；故答案為：Cu（OH）₂•CuCO₃+4HCOOH+5H₂O═Cu（HCOO）₂•4H₂O+CO₂↑；
（5）①傾析法分離溶液時，選用使用到燒杯和用于引流的儀器玻璃棒，
故答案為：燒杯、玻璃棒；
③根據甲酸銅的制備步驟可知，需要減壓過濾、趁熱過濾和蒸發裝置，所以需要的裝置有C、D、F，
故答案為：CDF；
（6）12.5g硫酸銅晶體的物質的量為：$\frac{12.5g}{250g/mol}$=0.05mol，
9.5g碳酸氫鈉的物質的量為：$\frac{9.5g}{84g/mol}$≈0.113mol，
根據反應2CuSO₄+4NaHCO₃═Cu（OH）₂•CuCO₃↓+3CO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O可知，碳酸氫鈉過量，反應生成的堿式碳酸銅的物質的量為0.05mol，
根據反應Cu（OH）₂•CuCO₃+4HCOOH+5H₂O═Cu（HCOO）₂•4H₂O+CO₂↑可知，生成甲酸銅的物質的量為0.05mol，
所以甲酸銅的產率為：$\frac{7.91g}{226g/mol×0.05mol}$×100%=70%，
故答案為：70%．

點評 本題通過用甲酸制備一氧化碳、甲酸銅晶體的制備，考查物質性質實驗方案的設計方法，題目難度中等，試題涉及的知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力，是一道質量較好的試題．