Question

11．自然界存在的碳酸鹽類銅礦（如孔雀石、石青等）的化學組成為：aCuCO₃•bCu（OH）₂（a，b為正整數，且a≤2，b≤2）
（1）將孔雀石、石青礦樣分別加鹽酸至完全溶解，耗用HCl物質的量與產生CO₂物質的量之比：孔雀石為4：1；石青為3：1．則它們的化學組成為孔雀石：CuCO₃•Cu（OH）₂，石青：2CuCO₃•Cu（OH）₂．
（2）今有一份碳酸鹽類銅礦樣品，將其等分為A、B兩份．然后，加鹽酸使A樣品完全溶解，產生CO₂3.36L（標準狀況）；加熱B樣品使其完全分解，得到20g CuO．試計算并確定該礦石的化學組成．
該礦樣的化學組成為CuCO₃•Cu（OH）₂與2CuCO₃•Cu（OH）₂的混合物
（3）某碳酸鹽類銅礦樣加酸完全溶解后，產生CO₂ 6.72L（標準狀況），這份礦樣中CuO含量不低于36g．
（4）設某碳酸鹽類銅礦的質量為A g，所含CuO質量為G g．加酸完全溶解后，產生CO₂體積（標準狀況）為V L，則含銅礦樣的A、V、G之間的關系式為：A=$\frac{124V}{22.4}+98×（\frac{G}{80}-\frac{V}{22.4}）$．

Answer 1

分析 （1）用孔雀石耗用的鹽酸與生成的CO₂的物質的量比為4：1，石青為3：1，發生反應：aCuCO₃•bCu（OH）₂+（2a+2b）HCl═（a+b）CuCl₂+aCO₂↑+（a+2b）H₂O，計算出化學組成可表示為aCuCO₃•bCu（OH）₂中a、b關系，再根據a、b為正整數且a≤2，b≤2的限制條件解答；
（2）與鹽酸發生反應：aCuCO₃•bCu（OH）₂+（2a+2b）HCl═（a+b）CuCl₂+aCO₂↑+（a+2b）H₂O，加熱分解反應方程為：aCuCO₃•bCu（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（a+b）CuO+aCO₂↑+bH₂O，根據方程式結合生成的二氧化碳、CuO的量，列方程計算解答；
（3）根據二氧化碳的量求出CuCO₃的量，由原子守恒計算CuO的最小質量；
（4）根據二氧化碳的量求出CuCO₃的量，由CuO的量計算Cu（OH）₂的量，由質量守恒求出碳酸鹽類銅礦的質量．

解答 解：（1）根據孔雀石耗用的鹽酸與生成的CO₂的物質的量比為4：1，
化學方程式aCuCO₃•bCu（OH）₂+（2a+2b）HCl═（a+b）CuCl₂+aCO₂↑+（a+2b）H₂O
可知：2（a+b）：a=4：1，可得x：y=1：1，
因為x、y為正整數且x≤2，y≤2，
所以孔雀石的化學式可表示為CuCO₃•Cu（OH）₂；
而石青發生反應：aCuCO₃•bCu（OH）₂+（2a+2b）HCl═（a+b）CuCl₂+aCO₂↑+（a+2b）H₂O，石青耗用的鹽酸與生成的CO₂的物質的量比為3：1，則（2a+b）：x=3：1，解得a=2b，
因為x、y為正整數且x≤2，y≤2，故a=2、b=1，
所以石青的化學式可表示為2CuCO₃•Cu（OH）₂，
故答案為：CuCO₃•Cu（OH）₂；2CuCO₃•Cu（OH）₂；
（2）加鹽酸使A樣品完全溶解，產生CO₂3.36L（標準狀況），則n（CO₂）═0.15mol，
加熱樣品使其完全分解，得到20g CuO，則n（CuO）=$\frac{20g}{80g/mol}$=0.25mol，
與鹽酸發生反應：aCuCO₃•bCu（OH）₂+（2a+2b）HCl═（a+b）CuCl₂+aCO₂↑+（a+2b）H₂O，
加熱分解反應方程為：aCuCO₃•bCu（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（a+b）CuO+aCO₂↑+bH₂O，
則關系式為：aCuCO₃•bCu（OH）₂～aCO₂～（a+b）CuO
                                                       a              a+b
                                                     0.15mol      0.25mol
所以a：b=3：2，該礦樣的化學組成為CuCO₃•Cu（OH）₂與2CuCO₃•Cu（OH）₂的混合物；
故答案為：該礦樣的化學組成為CuCO₃•Cu（OH）₂與2CuCO₃•Cu（OH）₂的混合物；
（3）某碳酸鹽類銅礦樣aCuCO₃•bCu（OH）₂（a，b為正整數，且a≤2，b≤2）加酸完全溶解后，產生CO₂ 6.72L（標準狀況），則n（CO₂）=$\frac{6.72L}{22.4l/mol}$=0.3mol，
 aCO₂ ～（a+b）CuO
 0.3mol         n（CuO）
n（CuO）=$\frac{0.3（a+b）}{a}$mol，當b=1且a=2時，得n（CuO）的最小值，
則CuO的質量為$\frac{0.3（a+b）}{a}$mol×80g/mol=0.45mol×80g/mol=36g；
所以份礦樣中CuO含量不低于36g，
故答案為：36；
（4）加酸完全溶解后，產生CO₂體積（標準狀況）為V L，則n（CO₂）=$\frac{V}{22.4}$mol，由C元素守恒可知，n（CuCO₃）=$\frac{V}{22.4}$mol，
所含CuO質量為G g，則n（CuO）=$\frac{G}{80}$mol，所以Cu（OH）₂的物質的量為$\frac{G}{80}$mol-$\frac{V}{22.4}$mol，
由質量守恒可知A=$\frac{V}{22.4}$mol×124g/mol+（$\frac{G}{80}$mol-$\frac{V}{22.4}$mol）×98g/mol=$\frac{124V}{22.4}+98×（\frac{G}{80}-\frac{V}{22.4}）$g；
故答案為：$\frac{124V}{22.4}+98×（\frac{G}{80}-\frac{V}{22.4}）$．

點評 本題考查化學式的推斷、化學反應方程式的計算，注意根據方程式進行計算解答，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力和計算能力．