Question

13．甲酸銅[Cu（HCOO）₂?4H₂O]是一種重要的化工原料，可以用堿式碳酸銅與甲酸作用來制備．
實(shí)驗(yàn)步驟：
（Ⅰ）堿式碳酸銅的制備

（Ⅱ）甲酸銅的制備
堿式碳酸銅與甲酸反應(yīng)制得藍(lán)色四水甲酸銅：
Cu（OH）₂?CuCO₃+4HCOOH+5H₂O═Cu（HCOO）₂•4H₂O+CO₂↑
將產(chǎn)品堿式碳酸銅放入燒杯內(nèi)，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(fēng)櫥下蒸發(fā)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(chǎn)品，稱量，計(jì)算產(chǎn)率．
回答下列問題：
（1）步驟（Ⅰ） 將研磨后混合物注入熱水后的現(xiàn)象是有大量氣泡產(chǎn)生并有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生．
（2）步驟（Ⅰ） 的后續(xù)“操作”有過濾、洗滌，其中檢驗(yàn)沉淀已洗凈的方法是取最后一次洗滌后的溶液少許于試管，滴加BaCl₂溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，說明沉淀已洗凈．
（3）本實(shí)驗(yàn)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若采用減壓過濾的裝置對(duì)步驟（Ⅱ）中溶解后的溶液進(jìn)行趁熱過濾，操作的目是防止甲酸銅晶體析出；
③步驟（Ⅱ） 的實(shí)驗(yàn)中，需用到下列裝置CDF．

④下列選項(xiàng)中，不能采用減壓過濾的方法進(jìn)行分離的是AC．
A．Na₂SiO₃與鹽酸混合所得的膠狀沉淀
B．實(shí)驗(yàn)室用水楊酸和乙酸酐制得的阿司匹林
C．納米級(jí)超細(xì)碳酸鈣與水的混合液
D．苯酚與濃溴水混合后產(chǎn)生的沉淀
（4）在制備堿式碳酸銅的過程中，如果溫度過高，對(duì)產(chǎn)物有何影響？溫度過高導(dǎo)致Cu（OH）₂?CuCO₃分解．
（5）用無水乙醇洗滌Cu（HCOO）₂•4H₂O晶體的目的是除去甲酸并減少甲酸銅晶體損失．
（6）最終稱量所得的產(chǎn)品為7.91g，則產(chǎn)率為70%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)方程式2CuSO₄+4NaHCO₃═Cu（OH）₂•CuCO₃↓+3CO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O判斷硫酸銅與碳酸氫鈉的反應(yīng)現(xiàn)象；
（2）反應(yīng)后的溶液中含有硫酸根離子，可以通過檢驗(yàn)洗滌液中是否含有硫酸根離子判斷沉淀是否洗凈；
（3）①根據(jù)傾析法的操作方法選用儀器；
②甲酸銅的溶解度隨降低而減小，溫度降低會(huì)析出晶體，需趁熱過濾；
③根據(jù)步驟（Ⅱ）中制備甲酸銅的操作步驟選用需要的儀器；
④減壓過濾可加快過濾速度，并能得到較干燥的沉淀，用于沉淀的分離，不可以用于膠狀沉淀的分離，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（4）堿式碳酸銅不穩(wěn)定，溫度過高容易分解；
（5）根據(jù)甲酸銅在乙醇中的溶解度大小及雜質(zhì)乙酸的性質(zhì)分析；
（6）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算出硫酸銅晶體、碳酸氫鈉的物質(zhì)的量，然后根據(jù)不足量計(jì)算出生成堿式碳酸銅的物質(zhì)的量，再根據(jù)反應(yīng)Cu（OH）₂•CuCO₃+4HCOOH+5H₂O═Cu（HCOO）₂•4H₂O+CO₂↑計(jì)算出理論上生成甲酸銅晶體的質(zhì)量，最后計(jì)算出產(chǎn)率．

解答 解：（1）硫酸銅與碳酸氫鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CuSO₄+4NaHCO₃═Cu（OH）₂•CuCO₃↓+3CO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O，所以步驟（Ⅰ） 將研磨后混合物注入熱水后，會(huì)觀察到有大量氣泡產(chǎn)生并有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生，
故答案為：有大量氣泡產(chǎn)生并有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生；
（2）無法滿意洗凈，堿式碳酸銅固體上會(huì)粘有硫酸根離子，所以檢驗(yàn)沉淀已洗凈的方法為：取最后一次洗滌后的溶液少許于試管，滴加BaCl₂溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，說明沉淀已洗凈，
故答案為：取最后一次洗滌后的溶液少許于試管，滴加BaCl₂溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，說明沉淀已洗凈；
（3）①傾析法分離溶液時(shí)，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；
②甲酸銅的溶解度隨溫度的升高而變大，如果冷卻，會(huì)有晶體析出，降低產(chǎn)率，因此需趁熱過濾，
故答案為：防止甲酸銅晶體析出；
③根據(jù)甲酸銅的制備步驟可知，需要減壓過濾、趁熱過濾和蒸發(fā)裝置，所以需要的裝置有C、D、F，
故答案為：CDF；
④減壓過濾只能用于分離難溶物，不能用于分離膠體，所以不能采用減壓過濾的方法進(jìn)行分離的是：A．Na₂SiO₃與鹽酸混合所得的膠狀沉淀、納米級(jí)超細(xì)碳酸鈣與水的混合液，
故答案為：AC；
（4）用于堿式碳酸銅不穩(wěn)定，溫度過高導(dǎo)致Cu（OH）₂?CuCO₃分解生成黑色的氧化銅、二氧化碳?xì)怏w和水，影響其產(chǎn)率，
故答案為：溫度過高導(dǎo)致Cu（OH）₂?CuCO₃分解；
（5）甲酸銅晶體在乙醇中溶解度較小，且能夠除去甲酸銅晶體中的雜質(zhì)乙酸，從而降低甲酸銅的損失，
故答案為：除去甲酸并減少甲酸銅晶體損失；
（6）12.5g硫酸銅晶體的物質(zhì)的量為：$\frac{12.5g}{250g/mol}$=0.05mol，
9.5g碳酸氫鈉的物質(zhì)的量為：$\frac{9.5g}{84g/mol}$≈0.113mol，
根據(jù)反應(yīng)2CuSO₄+4NaHCO₃═Cu（OH）₂•CuCO₃↓+3CO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O可知，碳酸氫鈉過量，反應(yīng)生成的堿式碳酸銅的物質(zhì)的量為0.05mol，
根據(jù)反應(yīng)Cu（OH）₂•CuCO₃+4HCOOH+5H₂O═Cu（HCOO）₂•4H₂O+CO₂↑可知，生成甲酸銅的物質(zhì)的量為0.05mol，
所以甲酸銅的產(chǎn)率為：$\frac{7.91g}{226g/mol×0.05mol}$×100%=70%，
故答案為：70%．

點(diǎn)評(píng) 本題通過堿式碳酸銅、甲酸銅晶體的制備，考查物質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法，題目難度中等，試題涉及的知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力，是一道質(zhì)量較好的試題．