Question

堿式碳酸銅的成分有多種，其化學式一般可表示為xCu（OH）₂?yCuCO₃．孔雀石呈綠色，是一種名貴的寶石，其主要成分是Cu（OH）₂?CuCO₃．某興趣小組為探究制取孔雀石的最佳反應條件，設計了如下實驗：
實驗1：將2.0mL 0.50mol/LCu（NO₃）₂溶液、2.0mL 0.50mol/LNaOH溶液和0.25mol/L
Na₂CO₃溶液按表Ⅰ所示體積混合．
實驗2：將合適比例的混合物在表Ⅱ所示溫度下反應．
實驗記錄如下：
                     表Ⅰ表Ⅱ

編號	V （Na2CO3）/mL	沉淀情況		編號	反應溫度/℃	沉淀情況
1	2.8	多、藍色		1	40	多、藍色
2	2.4	多、藍色		2	60	少、淺綠色
3	2.0	較多、綠色		3	75	較多、綠色
4	1.6	較少、綠色		4	80	較多、綠色（少量褐色）

（1）實驗室制取少許孔雀石，應該采用的最佳反應條件：①Cu（NO₃）₂溶液與Na₂CO₃溶液的體積比為

 

；②反應溫度是

 

．
（2）80℃時，所制得的孔雀石有少量褐色物質(zhì)的原因是

 

．
實驗小組為測定上述某條件下所制得的堿式碳酸銅樣品組成，利用下圖所示的裝置（夾持儀器省略）進行實驗：

步驟1：檢查裝置的氣密性，將過濾、洗滌并干燥過的樣品置于平直玻璃管中．
步驟2：打開活塞K₁、K₂，關閉K₃，鼓入空氣，一段時間后關閉活塞K₁、K₂，打開K₃，稱量相關裝置的質(zhì)量．
步驟3：加熱裝置B直至裝置C中無氣泡產(chǎn)生．
（3）步驟4：

 

．
步驟5：稱量相關裝置的質(zhì)量．
（4）裝置A的作用是

 

；若無裝置E，則實驗測定的x/y的比值將

 

（選填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．
（5）某同學在實驗過程中采集了如下數(shù)據(jù)：
a．反應前玻璃管與樣品的質(zhì)量163.8g
b．反應后玻璃管中殘留固體質(zhì)量56.0g
c．裝置C實驗后增重9.0g
d．裝置D實驗后增重8.8g
為測定

x

y

的比值，你認為可以選用上述所采集數(shù)據(jù)中的

 

（寫出所有組合的字母代號）一組即可進行計算．
（6）根據(jù)你的計算結果，寫出該樣品組成的化學式

 

．

Answer 1

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：（1）根據(jù)表中碳酸鈉溶液的體積與硝酸銅溶液的體積關系及最佳生成堿式碳酸銅溫度完成，由表中數(shù)據(jù)，0.25mol?L^-1的碳酸鈉溶液2mL時生成的堿式碳酸銅最多，已知0.50mol/L Cu（NO₃）₂溶液為2.0mL，所以此時V[Cu（NO₃）₂]：V（Na₂CO₃）=1：1；
（2）所制得的孔雀石有少量褐色物質(zhì)是氧化銅，氫氧化銅分解生成了黑色的氧化銅；
（3）依據(jù)實驗步驟和目的分析，步驟4是反應完畢后，需要繼續(xù)通空氣，讓裝置冷卻；
（4）根據(jù)實驗目的和堿石灰的作用分析，裝置A堿石灰是干燥劑，可吸收空氣中的水分，同時還能吸收空氣中的二氧化碳，防止對裝置CD增重的數(shù)據(jù)造成影響，裝置E的作用是防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入D裝置；
（5）根據(jù)化學方程式找出與x、y有關的物質(zhì)質(zhì)量，對比分析，堿式碳酸銅分解的化學方程xCu（OH）₂?yCuCO₃

△   .

（x+y）CuO+xH₂O+yCO₂↑要測定

x

y

的值，可以測定生成的水和二氧化碳的質(zhì)量，即測定C裝置增重的質(zhì)量和D裝置增重的質(zhì)量或bc、bd裝置質(zhì)量計算判斷．
（6）根據(jù)計算結果寫出該樣品組成的化學式．

解答： 解：（1）由表中數(shù)據(jù)，0.25mol?L^-1的碳酸鈉溶液2mL時生成的堿式碳酸銅最多，已知0.50mol/L Cu（NO₃）₂溶液為2.0mL，所以此時V[Cu（NO₃）₂]：V（Na₂CO₃）=1：1；當溫度在75℃，生成的堿式碳酸銅最佳，
故答案為：1：1；75℃；
（2）溫度較高，氫氧化銅分解生成了氧化銅，所制得的孔雀石有少量褐色物質(zhì)是氧化銅；
故答案為：Cu（OH）₂受熱分解為CuO；
（3）步驟4反應完畢后，需要繼續(xù)通空氣，讓裝置冷卻，
故答案為：打開K₁，繼續(xù)通一段時間空氣至裝置冷卻；
（4）裝置A堿石灰是干燥劑，可吸收空氣中的水分，同時還能吸收空氣中的二氧化碳，防止對裝置CD增重的數(shù)據(jù)造成影響，裝置E的作用是防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入D裝置，D裝置是吸收生成的二氧化碳的，C裝置是吸收生成的水的，如果沒有裝置E，會使D裝置質(zhì)量增重偏大，即生成的二氧化碳質(zhì)量偏大，則

x

y

的值會偏小
故答案為：除去空氣中的CO₂和H₂O；  偏小；
（5）堿式碳酸銅分解的化學方程xCu（OH）₂?yCuCO₃

△   .

（x+y）CuO+xH₂O+yCO₂↑要測定

x

y

的值，可以測定生成的水和二氧化碳的質(zhì)量，即測定C裝置增重的質(zhì)量和D裝置增重的質(zhì)量．故可選cd，
xCu（OH）₂?yCuCO₃

△   .

（x+y）CuO+xH₂O+yCO₂↑
　　　　　　　　　　　　　　　 　 18x   44y
                               9g    8.8g
   
    

18x

9g

=

44x

8.8g

，所以

x

y

=

5

2

，
若測出反應后玻璃管中樣品的質(zhì)量以及裝置C增重的質(zhì)量，即已知方程式中氧化銅和水的質(zhì)量關系，可求出

x

y

的值；故可選bc
xCu（OH）₂?yCuCO₃

△   .

（x+y）CuO+xH₂O+yCO₂↑
　　　　　　　　　�。▁+y）×80  18x
                      56g       9g

  

(x+y)×80

56

=

18x

9

，所以

x

y

=

5

2

  
同樣若已知反應后玻璃管中樣品的質(zhì)量以及裝置C增重的質(zhì)量，即已知方程式中氧化銅和二氧化碳的質(zhì)量關系，可求出

x

y

的值．故可可選bd；
xCu（OH）₂?yCuCO₃

△   .

（x+y）CuO+xH₂O+yCO₂↑
（x+y）×80                         44y
  56g                              8.8

  

(x+y)×80

56

=

44y

8.8g

，所以

x

y

=

5

2

；
故答案為：bc、bd、cd；  
（6）根據(jù)計算結果寫出該樣品組成的化學式：5Cu（OH）₂?2CuCO₃；
故答案為：5Cu（OH）₂?2CuCO₃．

點評：本題考堿式碳酸銅樣品組成，涉及了根據(jù)化學方程式計算分析物質(zhì)組成，濃硫酸增重的質(zhì)量是生成的水的質(zhì)量，堿石灰增重的質(zhì)量是生成的二氧化碳的質(zhì)量．