Question

8．我國(guó)歷史悠久，文明發(fā)達(dá)，早在商代就會(huì)冶練銅器，在出土的各代銅器表面都為綠色．經(jīng)科學(xué)家檢驗(yàn)，這些銅器都為堿式碳酸銅[Cu₂（OH）₂CO₃]．
堿式碳酸銅也是一種用途廣泛的化工原料，實(shí)驗(yàn)室以廢銅屑為原料制取堿式碳酸銅的步驟如下：
步驟一：廢銅屑制硝酸銅
如圖所示，用膠頭滴管吸取濃HNO₃緩慢加到錐形瓶?jī)?nèi)的廢銅屑中（廢銅屑過(guò)量），充分反應(yīng)后過(guò)濾，得到硝酸銅溶液．
步驟二：堿式碳酸銅的制備
向大試管中加人碳酸鈉溶液和硝酸銅溶液，水浴加熱至70℃左右，用0.4mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.5，振蕩，靜置，過(guò)濾，用熱水洗滌，烘干，得到堿式碳酸銅產(chǎn)品．
完成下列問(wèn)題：
（1）寫(xiě)出金屬銅在潮濕的空氣中形成銅綠的化學(xué)方程式：2Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu₂（OH）₂CO₃；
（2）如圖裝置中，錐形瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生的氣體顏色變化情況：隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體由紅棕色逐漸變淡，其原因是（用離子方程式表示）Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）如圖裝置中，NaOH溶液可以吸收硝酸與金屬銅反應(yīng)生成的污染性氣體，其中有一個(gè)反應(yīng)為NO₂+NaOH→NaNO₂+NaNO₃+H₂O（未配平），則當(dāng)消耗11.2LNO₂（已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的個(gè)數(shù)為0.25N_A．
（4）步驟二中，水浴加熱所需儀器有燒杯和溫度計(jì)（加熱、持夾儀器、石棉網(wǎng)除外）．
（5）步驟二中，若忘記用0.4mol/LNaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.5，會(huì)發(fā)現(xiàn)大試管中有少量氣泡生成，且產(chǎn)生少量藍(lán)色沉淀，請(qǐng)解釋原因：銅離子和碳酸根離子發(fā)生雙水解反應(yīng)生成二氧化碳和氫氧化銅．
（6）步驟二中，烘干時(shí)，如果操作不慎，會(huì)造成堿式碳酸銅的受熱分解，若試驗(yàn)得到2.42g樣品（只含CuO雜質(zhì)），取此樣品加熱至分解完全后，得到1.8g固體，此樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是91.7%．

Answer 1

分析 （1）銅在潮濕的空氣中生成銅綠（Cu₂（OH）₂CO₃）是銅與空氣中的水、氧氣、二氧化碳共同作用的結(jié)果；
（2）在實(shí)驗(yàn)步驟一中，錐形瓶?jī)?nèi)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，會(huì)看到在Cu 溶解，錐形瓶中溶液變藍(lán)色，氣體變?yōu)榧t棕色；
（3）NO₂+NaOH→NaNO₂+NaNO₃+H₂O中，NO₂→NaNO₂，N元素化合價(jià)降低1價(jià)，NO₂→NaNO₃，N元素化合價(jià)升高1價(jià)，則由化合價(jià)的升降配平，根據(jù)得失電子守恒計(jì)算；
（4）反應(yīng)結(jié)束后，廣口瓶的溶液中，除了剩余的NaOH外，還含有新生成的NaNO₂與NaNO₃；因反應(yīng)器為大試管，故水浴加熱中用來(lái)盛放水的儀器可以選用燒杯、溫度計(jì)（測(cè)定水溫）；
（5）步驟二中，若忘記用0.4mol/LNaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.5，銅離子和碳酸根離子發(fā)生雙水解反應(yīng)生成二氧化碳和氫氧化銅；
（6）根據(jù)反應(yīng)前后固體質(zhì)量的變化利用方程式的有關(guān)計(jì)算．

解答 解：（1）銅和水、氧氣、二氧化碳等物質(zhì)反應(yīng)生成堿式碳酸銅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu₂（OH）₂CO₃，
故答案為：2Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu₂（OH）₂CO₃；
（2）濃硝酸與銅反應(yīng)的離子方程式為Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，在實(shí)驗(yàn)步驟一中，錐形瓶?jī)?nèi)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，會(huì)看到在Cu 溶解，錐形瓶中溶液變藍(lán)色，氣體變?yōu)榧t棕色，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，顏色逐漸變淡，生成NO，3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
故答案為：隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體由紅棕色逐漸變淡；Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）NO₂+NaOH→NaNO₂+NaNO₃+H₂O中，NO₂→NaNO₂，N元素化合價(jià)降低1價(jià)，被還原，NO₂→NaNO₃，N元素化合價(jià)升高1價(jià)，被氧化，則由化合價(jià)的升降配平可得：2NO₂+2NaOH═NaNO₂+NaNO₃+H₂O，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1，每2mol二氧化氮反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為：1mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2LNO₂的物質(zhì)的量為0.5mol，當(dāng)消耗11.2LNO₂（已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的個(gè)數(shù)為0.25mol，即0.25N_A，
故答案為：0.25N_A；
（4）因反應(yīng)器為大試管，故水浴加熱中用來(lái)盛放水的儀器可以選用燒杯、測(cè)定水溫用溫度計(jì)，
故答案為：溫度計(jì)；
（5）碳酸根離子水解呈堿性，銅離子水解呈酸性，步驟二中，若忘記用0.4mol/LNaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.5，銅離子和碳酸根離子發(fā)生雙水解反應(yīng)生成二氧化碳和氫氧化銅，會(huì)發(fā)現(xiàn)大試管中有少量氣泡生成，且產(chǎn)生少量藍(lán)色沉淀，
故答案為：銅離子和碳酸根離子發(fā)生雙水解反應(yīng)生成二氧化碳和氫氧化銅；
（6）設(shè)此樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量為x
Cu₂（OH）₂CO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+H₂O+CO₂↑△m（減小量）
222               160         222-160=62
x                         （2.42g-1.8g）=0.62g
$\frac{222}{x}$=$\frac{62}{0.62g}$，x=2.22g，此樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{2.22g}{2.42g}$×100%=91.7%，
故答案為：91.7%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了堿式碳酸銅制備實(shí)驗(yàn)，掌握銅、氮及其化合物的性質(zhì)，以及化學(xué)反應(yīng)定量計(jì)算化學(xué)式的方法是解答關(guān)鍵，題目難度中等．