Question

16．堿式碳酸銅[xCuCO₃•yCu（OH）₂]，呈孔雀綠顏色．又稱為孔雀石，是一種名貴的礦物寶石．它與銅與空氣中的氧氣、二氧化碳和水蒸氣等物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)．CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液反應(yīng)可以得到堿式碳酸銅，我們將對其組成進行相關(guān)探究．
[沉淀制備]
稱取12.5g職礬（CuSO₄•5H₂O）溶于87.5mL蒸餾水中，滴加少量稀硫酸（體積可以忽略不計），充分攪拌后得到CuSO₄溶液．向其中加入Na₂CO₃溶液，將所得藍綠色懸濁液過濾，并用蒸餾水洗滌，再用無水乙醇洗滌，最后低溫烘干備用．
[實驗探究]我們設(shè)計了如圖裝置，用制得的藍綠色固體進行實驗．

根據(jù)以上實驗回答下列問題
（1）配制硫酸銅溶液的過程中滴加稀硫酸的作用是抑制Cu²⁺水解，防止溶液變渾濁，所得硫酸銅溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為8.0%
（2）實驗室通常使用加熱亞硝酸鈉和氯化銨混合溶液的方法制取N₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O
（3）D裝置加熱前，需要首先打開活塞K，通入適量N₂，然后關(guān)閉K，再點燃D處酒精燈．通入N₂的作用排除裝置中的空氣，B為安全瓶，其作用原理為當(dāng)裝置內(nèi)壓力過大時，B瓶中間的安全管中液面上升，使壓力穩(wěn)定，C中盛裝的試劑應(yīng)是濃硫酸．
（4）加熱D后觀察到的現(xiàn)象是硬質(zhì)玻璃管中藍綠色固體變黑色，E中白色固體變藍，F(xiàn)中溶液變渾濁
（5）經(jīng)查閱文獻知：K_sp[CaCO₃]=2.8×10^-9，K_sp[BaCO₃]=5.1×10^-9，經(jīng)討論認為需要用Ba（OH）₂溶液代替澄清石灰水來定量測定藍綠色固體的化學(xué)式bd，其原因是bd
a．Ba（OH）₂的堿性比Ca（OH）₂強
b．Ba（OH）₂溶解度大于Ca（OH）₂，能充分吸收CO₂
c．相同條件下，CaCO₃的溶解度明顯大于BaCO₃
d．吸收等量CO₂生成的BaCO₃的質(zhì)量大于CaCO₃，測量誤差小
（6）待D中反應(yīng)完全后，打開活塞K，再次滴加NaNO₂溶液產(chǎn)生N₂，其目的是讓停留在裝置中的氣體被充分吸收，減小實驗誤差．若定量分析所取藍綠色固體質(zhì)量為27.1g，裝置F中使用Ba（OH）₂溶液，實驗結(jié)束后經(jīng)稱量，裝置E的質(zhì)量增加0.27g，F(xiàn)中產(chǎn)生沉淀1.97 g．則該藍綠色固體的化學(xué)式為2CuCO₃•3Cu（OH）₂．[寫成xCuCO₃•yCu（OH）₂的形式]．

Answer 1

分析 A裝置制備氮氣排除裝置中的空氣，B作安全瓶，C干燥生成的氮氣，裝置D分解堿式碳酸銅[xCuCO₃•yCu（OH）₂]，盛放無水硫酸銅的E裝置吸收分解生成的水分，F(xiàn)吸收分解生成的二氧化碳，用G裝置吸收空氣中水蒸氣和二氧化碳，防止干擾實驗，
（1）銅離子水解，加酸抑制其水解，根據(jù)溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)=$\frac{溶質(zhì)的質(zhì)量}{溶液的質(zhì)量}×100%$計算；
（2）加熱亞硝酸鈉和氯化銨混合溶液生成N₂和氯化鈉；
（3）通入N₂的目的是排除裝置中的空氣；B裝置中當(dāng)裝置內(nèi)壓力過大時，B瓶中間的安全管中液面上升，使壓力穩(wěn)定，作安全瓶；C瓶干燥氣體；
（4）加熱D后生成黑色的氧化銅，水分使無水硫酸銅顯藍色，二氧化碳使澄清石灰石變渾濁，故現(xiàn)象為：硬質(zhì)玻璃管中藍綠色固體變黑色，E中白色固體變藍，F(xiàn)中溶液變渾濁；
（5）Ca（OH）₂為微溶物，溶解度比Ba（OH）₂小，K_sp[CaCO₃]=2.8×10^-9，K_sp[BaCO₃]=5.1×10^-9，均為難溶物，且溶解度相差不大，據(jù)此分析；
（6）待D中反應(yīng)完全后，打開活塞K，再次滴加NaNO₂溶液產(chǎn)生N₂，其目的是讓停留在裝置中的氣體被充分吸收，減小實驗誤差；E中吸收的是水，F(xiàn)中吸收的是二氧化碳，根據(jù)質(zhì)量守恒定律測得氧化銅的質(zhì)量，根據(jù)原子守恒確定其化學(xué)式．

解答 解：（1）銅離子水解，加酸抑制其水解；
12.5 g膽礬中含有硫酸銅的質(zhì)量為12.5×$\frac{160}{160+90}$=8g，
87.4 mL蒸餾水的質(zhì)量為87.4g，則溶液的質(zhì)量為12.5g+87.4g=99.9g，
所得硫酸銅溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為$\frac{8g}{99.9}×100%$=8%；
故答案為：抑制Cu²⁺水解，防止溶液變渾濁；8.0%；
（2）加熱亞硝酸鈉和氯化銨混合溶液生成N₂和氯化鈉，化學(xué)方程式為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O；
故答案為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O；
（3）通入N₂的目的是排除裝置中的空氣，B裝置中當(dāng)裝置內(nèi)壓力過大時，B瓶中間的安全管中液面上升，使壓力穩(wěn)定，作安全瓶；C瓶裝濃硫酸干燥氮氣；
故答案為：排除裝置中的空氣；當(dāng)裝置內(nèi)壓力過大時，B瓶中間的安全管中液面上升，使壓力穩(wěn)定；濃硫酸；
（4）加熱D后生成黑色的氧化銅，水分使無水硫酸銅顯藍色，二氧化碳使澄清石灰石變渾濁，故現(xiàn)象為：硬質(zhì)玻璃管中藍綠色固體變黑色，E中白色固體變藍，F(xiàn)中溶液變渾濁；
故答案為：硬質(zhì)玻璃管中藍綠色固體變黑色，E中白色固體變藍，F(xiàn)中溶液變渾濁；
（5）Ba（OH）₂溶解度大于Ca（OH）₂，充分吸收CO₂，BaCO₃的摩爾質(zhì)量大于CaCO₃，測量誤差�。粴溲趸�鈣為強堿，CaCO₃的溶解度和BaCO₃溶解度相差不大；
故答案為：bd；
（6）待D中反應(yīng)完全后，打開活塞K，再次滴加NaNO₂溶液產(chǎn)生N₂，其目的是讓停留在裝置中的氣體被充分吸收，減小實驗誤差；
E中吸收的是水，水的物質(zhì)的量為$\frac{0.27g}{18g/mol}$=0.015mol，F(xiàn)中吸收的是二氧化碳生成碳酸鋇白色沉淀，根據(jù)碳原子守恒得二氧化碳的物質(zhì)的量為$\frac{1.97g}{197g/mol}$=0.01mol，氧化銅的物質(zhì)的量=（2.71g-0.27g-0.01mol×44g/mol）÷80g/mol═0.025mol，則銅離子、氫氧根離子和碳酸根離子的物質(zhì)的量之比=0.025mol：0.03mol：0.01mol=5：6：2，所以其化學(xué)式為：2CuCO₃•3Cu（OH）₂；
故答案為：讓停留在裝置中的氣體被充分吸收，減小實驗誤差；2CuCO₃•3Cu（OH）₂．

點評 本題以物質(zhì)制備為載體，考查學(xué)生對原理的分析理解、物質(zhì)含量測定等，難點是化學(xué)式的確定，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，題目難度中等．