Question

2．某學(xué)生研究小組欲分析CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合產(chǎn)生的藍(lán)綠色沉淀成分，開展下列實驗探究．
[提出假設(shè)]
假設(shè)1：沉淀為Cu（OH）₂
假設(shè)2：沉淀為CuCO₃
假設(shè)3：沉淀為堿式碳酸銅[化學(xué)式可表示為nCuCO₃•mCu（OH）₂
[查閱資料]無論是哪一種沉淀受熱均易分解（假設(shè)均不含結(jié)晶水）．
[物質(zhì)成分探究]
步驟1：將所得懸濁液過濾，用蒸餾水洗滌，再用無水乙醇洗滌
步驟2：甲同學(xué)取一定量固體，用氣密性良好的如下進行裝置（夾持儀器未畫出）進行定性實驗：
（1）假設(shè)2中的沉淀為CuCO₃．
（2）假設(shè)1中沉淀為Cu（OH）₂的理論依據(jù)是碳酸根水解，溶液中含有較多的OH^-（．
（3）無水乙醇洗滌的目的利用乙醇的易揮發(fā)，帶走洗滌的水．
（4）若反應(yīng)后A中藍(lán)綠色固體變黑，C中無明顯現(xiàn)象，證明假設(shè)1成立．
（5）乙同學(xué)認(rèn)為只要將上圖中B裝置的試劑改用無水CuSO₄試劑后，便可驗證上述所有假設(shè)．
（6）乙同學(xué)更換B試劑后驗證假設(shè)3成立的實驗現(xiàn)象是A中藍(lán)綠色固體變黑色，B中無水CuSO₄固體變藍(lán)，C中有白色沉淀產(chǎn)生．
（7）在假設(shè)3成立的前提下，某同學(xué)考慮用Ba（OH）₂代替Ca（OH）₂，測定藍(lán)綠色固體的化學(xué)式，若所取藍(lán)綠色固體質(zhì)量為27.1g，實驗結(jié)束后裝置B的質(zhì)量增加2.7g，C中的產(chǎn)生沉淀的質(zhì)量為19.7g．則該藍(lán)綠色固體的化學(xué)式為2CuCO₃•3Cu（OH）₂或3Cu（OH）₂•2CuCO₃或Cu₅（OH）₆（CO₃）₂．

Answer 1

分析 （1）提出假設(shè)：氫氧化銅和碳酸銅都是藍(lán)色沉淀；
（2）Na₂CO₃溶液中碳酸根能水解，產(chǎn)生氫氧根離子，所以與CuSO₄溶液混合產(chǎn)生的藍(lán)綠色沉淀可能為氫氧化銅；
加熱時，碳酸銅分解生成二氧化碳和黑色氧化銅，二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁，加熱氫氧化銅時生成水蒸氣和黑色氧化銅；
（3）用無水乙醇洗滌懸濁液，可以洗去固體中殘留的水分，乙醇具有揮發(fā)性；
（4）加熱時，碳酸銅分解生成二氧化碳和黑色氧化銅，二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁，加熱氫氧化銅時生成水蒸氣和黑色氧化銅；
（5）實驗驗證碳酸銅或氫氧化銅是利用受熱分解生成的產(chǎn)物性質(zhì)驗證，加熱時，碳酸銅分解生成二氧化碳和黑色氧化銅，加熱氫氧化銅時生成水蒸氣和黑色氧化銅，所以需要驗證水的存在和二氧化碳的存在就可以證明產(chǎn)生的物質(zhì)成分；
（6）依據(jù)（5）的分析表述實驗現(xiàn)象；
（7）B中吸收的是水，C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）CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合產(chǎn)生藍(lán)綠色沉淀，可能是反應(yīng)生成了碳酸銅沉淀，或雙水解生成了氫氧化銅沉淀，或是堿式碳酸銅，假設(shè)1中沉淀為Cu（OH）₂，假設(shè)2為CuCO₃，
故答案為：CuCO₃；
（2）Na₂CO₃溶液中碳酸根能水解，產(chǎn)生氫氧根離子，所以與CuSO₄溶液混合產(chǎn)生的藍(lán)綠色沉淀可能為氫氧化銅，
故答案為：碳酸根水解，溶液中含有較多的OH^-；
（3）所得懸濁液過濾，用蒸餾水洗滌，再用無水乙醇洗滌，可以洗去固體中殘留的水分，通風(fēng)晾干可以讓乙醇完全揮發(fā)，
故答案為：利用乙醇的易揮發(fā)，帶走洗滌的水；
（4）加熱時，碳酸銅分解生成二氧化碳和黑色氧化銅，二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁，加熱氫氧化銅時生成水蒸氣和黑色氧化銅，若反應(yīng)后A中藍(lán)綠色固體變黑，C中無明顯現(xiàn)象證明一定不含有碳酸銅，現(xiàn)象的產(chǎn)生為氫氧化銅，假設(shè)1正確，
故答案為：1；
（5）實驗驗證碳酸銅或氫氧化銅是利用受熱分解生成的產(chǎn)物性質(zhì)驗證，加熱時，碳酸銅分解生成二氧化碳和黑色氧化銅，加熱氫氧化銅時生成水蒸氣和黑色氧化銅，所以需要驗證水的存在和二氧化碳的存在就可以證明產(chǎn)生的物質(zhì)成分，裝置A中加熱是否變化為黑色固體，裝置B選擇無水硫酸銅驗證是否生成水，澄清石灰水是否變渾濁證明是否生成二氧化碳，所以要將上圖中B裝置的試劑改用無水CuSO₄，
故答案為：無水CuSO₄；
（6）裝置A中加熱是否變化為黑色固體，裝置B選擇無水硫酸銅，是否變藍(lán)色驗證是否生成水，裝置C中澄清石灰水是否變渾濁證明是否生成二氧化碳，所以證明假設(shè)是否正確的現(xiàn)象為：A中藍(lán)綠色固體變黑色，B中無水CuSO₄固體變藍(lán)，C中有白色沉淀產(chǎn)生，
故答案為：A中藍(lán)綠色固體變黑色，B中無水CuSO₄固體變藍(lán)，C中有白色沉淀產(chǎn)生；
（7）B中吸收的是水，水的物質(zhì)的量=$\frac{2.7g}{18g/mol}$=0.15mol，C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=$\frac{19.7g}{197g/mol}$=0.1mol，氧化銅的物質(zhì)的量=$\frac{27.1g-2.7g-0.1mol×44g/mol}{80g/mol}$=0.25mol，則銅離子、氫氧根離子和碳酸根離子的物質(zhì)的量之比=0.25mol：0.3mol：0.1mol=5：6：2，所以其化學(xué)式為：2 CuCO₃•3Cu（OH）₂  或 3Cu（OH）₂•2 CuCO₃  或  Cu₅（OH）₆（CO₃）₂，
故答案為：2 CuCO₃•3Cu（OH）₂  或 3Cu（OH）₂•2 CuCO₃  或  Cu₅（OH）₆（CO₃）₂．

點評 本題考查了探究物質(zhì)的組成和含量的測定，明確物質(zhì)的性質(zhì)探究實驗的基礎(chǔ)，難點是化學(xué)式的確定，難度較大．