Question

堿式碳酸銅[化學(xué)式為Cu₂（OH）₂CO₃，相對分子質(zhì)量為222]加熱完全分解后得到的黑色固體是什么呢？甲、乙、丙三位同學(xué)想通過實(shí)驗(yàn)探究，來確定該黑色固體的組成．
（1）提出問題：黑色固體是什么？
（2）猜想與假設(shè)：黑色固體可能是：①______；②可能是炭粉；③可能是炭粉和氧化銅的混合物．請你補(bǔ)充猜想①．作出這些猜想的依據(jù)是______．
（3）實(shí)驗(yàn)方案：他們稱取了2.22g堿式碳酸銅在試管中高溫加熱使之完全分解，冷卻至室溫，稱得黑色固體產(chǎn)物的質(zhì)量為1.6g．
（4）實(shí)驗(yàn)反思：①甲同學(xué)經(jīng)過思考后，認(rèn)為可以排除猜想③，理由是______（用化學(xué)方程式表示）．
②乙同學(xué)根據(jù)質(zhì)量守恒定律：化學(xué)反應(yīng)前后，元素的種類和質(zhì)量都不變．通過對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，排除了猜想②，他的理由是（通過計(jì)算式說明）______．
（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：結(jié)合甲、乙同學(xué)的探究和查閱資料，丙同學(xué)確認(rèn)只有猜想①成立．
（6）實(shí)驗(yàn)拓展：丙同學(xué)想進(jìn)一步探究該黑色固體的化學(xué)性質(zhì)．他發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室有一瓶無色溶液，其標(biāo)簽嚴(yán)重破損（如圖），老師告訴他該瓶試劑是硫酸、硫酸鈉或硫酸鎂溶液中的一種．他通過查閱資料得知常溫下這三種物質(zhì)的溶解度如下表：

物 質(zhì)	H2SO4	Na2SO4	MgSO4
常溫下的溶解度∕g	與水以任意比互溶	18.0	39.0

丙同學(xué)根據(jù)以上信息，分析此溶液一定不是______溶液．為確定其成分，他取了少量黑色固體放入試管中，然后向其中滴加了一定量的該無色溶液后，發(fā)現(xiàn)黑色固體全部消失，溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色．他確定該溶液為______．其反應(yīng)的化學(xué)方程式為______．

Answer 1

解：
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，反應(yīng)前后元素的種類不變；堿式碳酸銅Cu₂（OH）₂CO₃的產(chǎn)物是有Cu、O、H、C中的一種或多種元素組合而成；結(jié)合題目信息（黑色粉末）可知，氧化銅和碳都是黑色固體；所以黑色物質(zhì)還可能是氧化銅；
（4）①因?yàn)樵摲磻?yīng)在高溫下進(jìn)行，而碳和氧化銅在高溫下可相互反應(yīng)生成銅和二氧化碳，方程式是C+2CuOCu+CO₂↑，所以不可能是二者的混合物，可以排除猜想③；
②2.22g堿式碳酸銅含碳元素的質(zhì)量為×22.2g=1.2g≠1.6g，所以不可能是碳，排除了猜想②；
（6）硫酸的溶解度是能與水以任意比互溶，溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到20%，可能是硫酸；
根據(jù)硫酸鈉的溶解度，在該溫度下，硫酸鈉飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：×100%≈17%，即最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)不會(huì)超過17%，而圖中信息為20%，則一定不是硫酸鈉溶液；
根據(jù)硫酸鎂的溶解度，在該溫度下，硫酸鎂飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是：×100%≈28.06%，即最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)不會(huì)超過28.06%，可能是硫酸鎂；
氧化銅與硫酸鎂不反應(yīng)，故不可能是硫酸鎂；與氧化銅發(fā)生反應(yīng)的是硫酸，生成硫酸銅和水，方程式是 H₂SO₄+CuO═CuSO₄+H₂O；
故答案為：
（2）①可能是氧化銅； 化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變，且氧化銅和炭粉都是黑色固體；
（4）①C+2CuOCu+CO₂↑；
②2.22g堿式碳酸銅含碳元素的質(zhì)量為×22.2g=1.2g≠1.6g；
（6）硫酸鈉； 硫酸； H₂SO₄+CuO═CuSO₄+H₂O．
分析：（2）探究性題目的做法是大膽推測，但要有合理的依據(jù)，不能憑空猜想；根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，堿式碳酸銅的產(chǎn)物是有Cu、O、H、C中的一種或多種元素組合而成；根據(jù)題目信息（黑色粉末）可知，黑色物質(zhì)還可能是氧化銅；
（4）①根據(jù)氧化銅、碳高溫可相互反應(yīng)分析解答；
②利用質(zhì)量守恒定律元素的質(zhì)量守恒解答即可；
（6）由標(biāo)簽可知：溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是20%，題中給出三種物質(zhì)的溶解度，根據(jù)溶解度計(jì)算在該溫度下，飽和溶液中的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而可以確定溶液的可能組成；
能與氧化銅發(fā)生反應(yīng)的是硫酸，生成硫酸銅和水．
點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了利用所學(xué)知識(shí)，通過實(shí)驗(yàn)探究堿式碳酸銅的受熱分解產(chǎn)物，其中涉及到質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用，依據(jù)碳和氧化銅的化學(xué)性質(zhì)不同，選擇合適的試劑并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對二者進(jìn)行鑒別等問題，該類實(shí)驗(yàn)探究題能很好的考查學(xué)生的分析、解決問題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生的思維能力．