Question

14．某研究性學習小組將一定濃度Na₂CO₃溶液滴入CuSO₄溶液中得到藍色沉淀．甲同學認為沉淀可能是CuCO₃；乙同學認為沉淀可能是Cu（OH）₂；丙同學認為沉淀可能是CuCO₃和Cu（OH）₂的混合物．（查閱資料知：CuCO₃和Cu（OH）₂均不帶結晶水）
Ⅰ．（1）按照甲同學的觀點，發生反應的離子反應方程式為CO₃^2-+Cu²⁺=CuCO₃↓；
（2）在探究沉淀成分前，須將沉淀從溶液中通過過濾、洗滌、干燥等步驟分離并凈化．
Ⅱ．請用下圖所示裝置，選擇必要的試劑，定性探究生成物的成分是何種成分．

（3）B中試劑為無水硫酸銅固體．
（4）能證明生成物中有CuCO₃的實驗現象是裝置C中澄清石灰水變混濁．
Ⅲ．若CuCO₃和Cu（OH）₂ 兩者都有，還可利用下列裝置通過實驗測定其組成．

（5）各裝置連接順序為 e→f→a→b→d→c→g→h（或者a、b可以互換；g、h可以互換）→j．（填字母序號）
（6）裝置C中堿石灰的作用是吸收空氣中的H₂O 蒸汽和CO₂，實驗開始和結束時都要通入足量的空氣，請說明結束時通入足量空氣的作用是將裝置中滯留的氣體趕出，使其充分被吸收．
（7）若沉淀樣品的質量為m克，裝置B質量增加了n克，則樣品中CuCO₃的質量分數為（1-$\frac{49n}{9m}$）×100%．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）沉淀是CuCO₃說明，Na₂CO₃溶液與CuSO₄溶液發生反應生成硫酸鈉與碳酸銅，即碳酸根與銅離子反應生成碳酸銅沉淀；
Ⅱ、利用加熱的方法檢驗，氫氧化銅和碳酸銅加熱分解得到氧化銅、水和二氧化碳，若有氫氧化銅可用無水硫酸銅檢驗，若有碳酸銅可用澄清的石灰水檢驗產生的二氧化碳，澄清石灰水變渾濁說明含有CuCO₃；
Ⅲ、（5）實驗開始時裝置的空氣中會有水蒸氣和二氧化碳，若不排除被吸收裝置吸收會對計算結果產生較大的誤差，故開始時先用除去水和二氧化碳的空氣將裝置中的水蒸氣和二氧化碳排除（注意實驗結束氫氧化銅和碳酸銅加熱分解后會在反應裝置中殘留二氧化碳和水蒸氣，也應通過用除去水和二氧化碳的空氣將裝置中的水蒸氣和二氧化碳趕出被吸收裝置完全吸收）；
（6）實驗開始時裝置的空氣中會有水蒸氣和二氧化碳，若不排除被吸收裝置吸收會對計算結果產生較大的誤差，故開始時先用除去水和二氧化碳的空氣將裝置中的水蒸氣和二氧化碳排除；
實驗結束氫氧化銅和碳酸銅加熱分解后會在反應裝置中殘留二氧化碳和水蒸氣，通過用除去水和二氧化碳的空氣將裝置中的水蒸氣和二氧化碳趕出被吸收裝置完全吸收；
（7）裝置B質量增加了n克，說明分解生成ng水，根據水的質量計算沉淀中氫氧化銅的質量，沉淀質量減去氫氧化銅的質量等于碳酸銅的質量，再利用質量分數的定義計算．

解答 解：Ⅰ、（1）沉淀是CuCO₃說明，Na₂CO₃溶液與CuSO₄溶液發生反應生成硫酸鈉與碳酸銅，即碳酸根與銅離子反應生成碳酸銅沉淀，反應離子方程式為CO₃^2-+Cu²⁺=CuCO₃↓，故答案為：CO₃^2-+Cu²⁺=CuCO₃↓；
Ⅱ、（3）利用加熱的方法檢驗，氫氧化銅和碳酸銅加熱分解得到氧化銅、水和二氧化碳，若有氫氧化銅可用無水硫酸銅檢驗，若有碳酸銅可用澄清的石灰水檢驗產生的二氧化碳，故答案為：無水硫酸銅固體；
（4）用澄清的石灰水檢驗是否產生二氧化碳，裝置C中澄清石灰水變渾濁，說明生成二氧化碳，即說明含有CuCO₃．
故答案為：裝置C中澄清石灰水變混濁；
Ⅲ、（5）若CuCO₃和Cu（OH）₂兩種沉淀都有，加熱時生成CO₂和H₂O，定量檢驗時，可用濃硫酸吸收水，用堿石灰吸收二氧化碳，實驗時，為減小誤差，應排除空氣中水和二氧化碳的干擾，并保證水和二氧化碳完全吸收，則實驗儀器的連接順序應為e→f→a→b→d→c→g→h→j（或者a、b可以互換；g、h可以互換），故答案為：a→b→d→c→g→h（或者a、b可以互換；g、h可以互換）；
（6）實驗開始時裝置的空氣中會有水蒸氣和二氧化碳，若不排除被吸收裝置吸收會對計算結果產生較大的誤差，故開始時先用除去水和二氧化碳的空氣將裝置中的水蒸氣和二氧化碳排除，故裝置C中堿石灰的作用是吸收空氣中的H₂O 蒸汽和CO₂；
氫氧化銅和碳酸銅加熱分解后會在反應裝置中殘留二氧化碳和水蒸氣，通過用除去水和二氧化碳的空氣將裝置中的水蒸氣和二氧化碳趕出被吸收裝置完全吸收，防止影響測定結果．
故答案為：吸收空氣中的H₂O 蒸汽和CO₂；將裝置中滯留的氣體趕出，使其充分被吸收；
（7）裝置B質量增加了n克，說明分解生成ng水，水的物質的量為$\frac{n}{18}$mol，根據氫元素守恒可知氫氧化銅的物質的量為$\frac{n}{18}$mol，故氫氧化銅的質量為$\frac{n}{18}$mol×98g/mol=$\frac{49n}{9}$g，沉淀中CuCO₃的質量為（m-$\frac{49n}{9}$）g，碳酸銅的質量分數為=$\frac{m-\frac{49n}{9}}{m}$×100%=（1-$\frac{49n}{9m}$）×100%，
故答案為：（1-$\frac{49n}{9m}$）×100%．

點評 本題考查對實驗方案設計與裝置的理解、實驗基本操作、化學計算等，難度中等，理解實驗原理是解題的關鍵，是對知識的綜合運用，需要學生具備扎實的基礎知識與運用知識分析問題、解決問題的能力．