Question

3．為研究某固體無(wú)機(jī)化合物甲（由三種元素組成）的組成和性質(zhì)，取7.75g固體甲設(shè)計(jì)并完成了如下實(shí)驗(yàn)：

試根據(jù)以上內(nèi)容回答下列問(wèn)題：
（1）白色固體戊中金屬元素的離子結(jié)構(gòu)示意圖
（2）寫(xiě)出固體甲在足量O₂中焙燒的化學(xué)方程式4AlCuS₂+13O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+4CuO+8SO₂
（3）寫(xiě)出在溶液甲中通入過(guò)量CO₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式CO₂+OH^-=HCO₃^-、CO₂+2H₂O+AlO₂^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-
（4）下列物質(zhì)中不可能將固體丙轉(zhuǎn)化為固體丁的是D；
A．CO  B．CH₃CH₂OH   C．Al   D．KNO₃
（5）試推測(cè)固體丁可能的組成Cu或Cu₂O或二者混合物，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證方法一：取紅色固體丁mg，加入稀硫酸后過(guò)濾、洗滌、干燥至恒重，稱量固體質(zhì)量為ng，如果m=n則為Cu，若m=$\frac{9n}{4}$，則為Cu₂O，若n＜m＜$\frac{9n}{4}$，則為二者混合物；
方法二：取紅色固體丁mg，通入足量CO加熱至恒重，稱量固體質(zhì)量為ng，若m=n，則為Cu，若m=$\frac{9}{8}$n，則為Cu₂O，若n＜m＜$\frac{9}{8}$n，則為二者混合物．

Answer 1

分析 固體甲和足量氧氣灼燒，得到無(wú)色刺激性氣體甲，其物質(zhì)的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，固體乙和過(guò)量氫氧化鈉反應(yīng)生成溶液甲，根據(jù)元素守恒知，溶液甲是可溶性鈉鹽，溶液甲和鹽酸反應(yīng)生成白色沉淀，然后白色沉淀能和稀鹽酸反應(yīng)生成溶液丙，則甲為NaAlO₂、白色固體戊是Al（OH）₃，溶液丙是AlCl₃；
固體乙和過(guò)量氫氧化鈉溶液反應(yīng)還生成藍(lán)色固體，為Cu（OH）₂，灼燒氫氧化銅得到黑色固體丙為CuO，n（CuO）=$\frac{4.0g}{80g/mol}$=0.05mol，黑色固體丙灼燒得到紅色固體丁，丁可能是Cu或Cu₂O或二者混合物；根據(jù)元素守恒知，乙中含有Cu、O、Al元素，且n（Cu）=n（CuO）=0.05mol，根據(jù)元素守恒且甲含有三種元素，所以甲中含有Cu、Al、S元素，n（Al）=$\frac{7.75g-0.05mol×64g/mol-0.1mol×32g/mol}{27g/mol}$=0.05mol，則甲中Cu、Al、S原子個(gè)數(shù)之比=0.05mol：0.05mol：0.1mol=1：1：2，所以甲為CuAlS₂，
（1）白色固體戊中金屬元素的離子是鋁離子，鋁離子原子核外有2個(gè)電子層、最外層電子數(shù)是8，據(jù)此書(shū)寫(xiě)鋁離子結(jié)構(gòu)示意圖；
（2）根據(jù)以上分析知，固體甲在足量O₂中焙燒生成二氧化硫、氧化鋁和CuO；
（3）溶液甲是偏鋁酸鈉和氫氧化鈉，溶液甲中通入過(guò)量CO₂生成碳酸氫鈉、氫氧化鋁；
（4）固體丙是CuO，固體丁是Cu或Cu₂O或二者混合物，丙被還原生成丁，則加入的物質(zhì)應(yīng)該具有還原性；
（5）Cu和稀硫酸不反應(yīng)、Cu₂O和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和Cu，可以根據(jù)反應(yīng)前后固體質(zhì)量相對(duì)大小確定固體成分；
Cu和CO不反應(yīng)，Cu₂O和CO反應(yīng)生成Cu和二氧化碳，根據(jù)反應(yīng)前后固體質(zhì)量相對(duì)大小確定固體成分，可以根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)確定丁成分．

解答 解：固體甲和足量氧氣灼燒，得到無(wú)色刺激性氣體甲，其物質(zhì)的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，固體乙和過(guò)量氫氧化鈉反應(yīng)生成溶液甲，根據(jù)元素守恒知，溶液甲是可溶性鈉鹽，溶液甲和鹽酸反應(yīng)生成白色沉淀，然后白色沉淀能和稀鹽酸反應(yīng)生成溶液丙，則甲為NaAlO₂、白色固體戊是Al（OH）₃，溶液丙是AlCl₃；
固體乙和過(guò)量氫氧化鈉溶液反應(yīng)還生成藍(lán)色固體，為Cu（OH）₂，灼燒氫氧化銅得到黑色固體丙為CuO，n（CuO）=$\frac{4.0g}{80g/mol}$=0.05mol，黑色固體丙灼燒得到紅色固體丁，丁可能是Cu或Cu₂O或二者混合物；根據(jù)元素守恒知，乙中含有Cu、O、Al元素，且n（Cu）=n（CuO）=0.05mol，根據(jù)元素守恒且甲含有三種元素，所以甲中含有Cu、Al、S元素，n（Al）=$\frac{7.75g-0.05mol×64g/mol-0.1mol×32g/mol}{27g/mol}$=0.05mol，則甲中Cu、Al、S原子個(gè)數(shù)之比=0.05mol：0.05mol：0.1mol=1：1：2，所以甲為CuAlS₂，
（1）白色固體戊中金屬元素的離子是鋁離子，鋁離子原子核外有2個(gè)電子層、最外層電子數(shù)是8，則鋁離子結(jié)構(gòu)示意圖為，故答案為：；
（2）根據(jù)以上分析知，固體甲在足量O₂中焙燒生成二氧化硫、氧化鋁和CuO，反應(yīng)方程式為4AlCuS₂+13O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+4CuO+8SO₂，
故答案為：4AlCuS₂+13O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+4CuO+8SO₂；
（3）溶液甲是偏鋁酸鈉和氫氧化鈉，溶液甲中通入過(guò)量CO₂生成碳酸氫鈉、氫氧化鋁，離子方程式為CO₂+OH^-=HCO₃^-、CO₂+2H₂O+AlO₂^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：CO₂+OH^-=HCO₃^-、CO₂+2H₂O+AlO₂^-=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）固體丙是CuO，固體丁是Cu或Cu₂O或二者混合物，丙被還原生成丁，則加入的物質(zhì)應(yīng)該具有還原性，
CO、CH₃CH₂OH、Al都能還原丙生成丁，硝酸鉀沒(méi)有還原性，故選D；
（5）通過(guò)以上分析知，該固體可能是Cu或Cu₂O或二者混合物，
Cu和稀硫酸不反應(yīng)、Cu₂O和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和Cu，可以根據(jù)反應(yīng)前后固體質(zhì)量相對(duì)大小確定固體成分；
Cu和CO不反應(yīng)，Cu₂O和CO反應(yīng)生成Cu和二氧化碳，根據(jù)反應(yīng)前后固體質(zhì)量相對(duì)大小確定固體成分，可以根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)確定丁成分；
所以其檢驗(yàn)方法為：
方法一：取紅色固體丁mg，加入稀硫酸后過(guò)濾、洗滌、干燥至恒重，稱量固體質(zhì)量為ng，如果m=n則為Cu，若m=$\frac{9n}{4}$，則為Cu₂O，若n＜m＜$\frac{9n}{4}$，則為二者混合物；
方法二：取紅色固體丁mg，通入足量CO加熱至恒重，稱量固體質(zhì)量為ng，若m=n，則為Cu，若m=$\frac{9}{8}$n，則為Cu₂O，若n＜m＜$\frac{9}{8}$n，則為二者混合物；
故答案為：Cu或Cu₂O或二者混合物；
方法一：取紅色固體丁mg，加入稀硫酸后過(guò)濾、洗滌、干燥至恒重，稱量固體質(zhì)量為ng，如果m=n則為Cu，若m=$\frac{9n}{4}$，則為Cu₂O，若n＜m＜$\frac{9n}{4}$，則為二者混合物；
方法二：取紅色固體丁mg，通入足量CO加熱至恒重，稱量固體質(zhì)量為ng，若m=n，則為Cu，若m=$\frac{9}{8}$n，則為Cu₂O，若n＜m＜$\frac{9}{8}$n，則為二者混合物．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)成分確定，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析推斷能力，明確物質(zhì)顏色、性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，要根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)考查學(xué)生思維縝密性、實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，題目難度中等．