题目内容

碱式碳酸铜[化学式为Cu₂（OH）₂CO₃，相对分子质量为222]加热完全分解后得到的黑色固体是什么呢？甲、乙、丙三位同学想通过实验探究，来确定该黑色固体的组成．
（1）提出问题：黑色固体是什么？
（2）猜想与假设：黑色固体可能是：①；②可能是炭粉；③可能是炭粉和氧化铜的混合物．请你补充猜想①．作出这些猜想的依据是．
（3）实验方案：他们称取了2.22g碱式碳酸铜在试管中高温加热使之完全分解，冷却至室温，称得黑色固体产物的质量为1.6g．
（4）实验反思：①甲同学经过思考后，认为可以排除猜想③，理由是（用化学方程式表示）．
②乙同学根据质量守恒定律：化学反应前后，元素的种类和质量都不变．通过对得到的数据进行计算，排除了猜想②，他的理由是（通过计算式说明）．
（5）实验结论：结合甲、乙同学的探究和查阅资料，丙同学确认只有猜想①成立．
（6）实验拓展：丙同学想进一步探究该黑色固体的化学性质．他发现实验室有一瓶无色溶液，其标签严重破损（如图），老师告诉他该瓶试剂是硫酸、硫酸钠或硫酸镁溶液中的一种．他通过查阅资料得知常温下这三种物质的溶解度如下表：
物质 H₂SO₄ Na₂SO₄ MgSO₄
常温下的溶解度∕g 与水以任意比互溶 18.0 39.0
丙同学根据以上信息，分析此溶液一定不是溶液．为确定其成分，他取了少量黑色固体放入试管中，然后向其中滴加了一定量的该无色溶液后，发现黑色固体全部消失，溶液由无色变为蓝色．他确定该溶液为．其反应的化学方程式为__．

解：
（2）根据质量守恒定律可知，反应前后元素的种类不变；碱式碳酸铜Cu₂（OH）₂CO₃的产物是有Cu、O、H、C中的一种或多种元素组合而成；结合题目信息（黑色粉末）可知，氧化铜和碳都是黑色固体；所以黑色物质还可能是氧化铜；
（4）①因为该反应在高温下进行，而碳和氧化铜在高温下可相互反应生成铜和二氧化碳，方程式是C+2CuO $\text{[math]}$ Cu+CO₂↑，所以不可能是二者的混合物，可以排除猜想③；
②2.22g碱式碳酸铜含碳元素的质量为 $\text{[math]}$ ×22.2g=1.2g≠1.6g，所以不可能是碳，排除了猜想②；
（6）硫酸的溶解度是能与水以任意比互溶，溶液中溶质的质量分数可以达到20%，可能是硫酸；
根据硫酸钠的溶解度，在该温度下，硫酸钠饱和溶液的溶质的质量分数为： $\text{[math]}$ ×100%≈17%，即最大质量分数不会超过17%，而图中信息为20%，则一定不是硫酸钠溶液；
根据硫酸镁的溶解度，在该温度下，硫酸镁饱和溶液的溶质的质量分数是： $\text{[math]}$ ×100%≈28.06%，即最大质量分数不会超过28.06%，可能是硫酸镁；
氧化铜与硫酸镁不反应，故不可能是硫酸镁；与氧化铜发生反应的是硫酸，生成硫酸铜和水，方程式是 H₂SO₄+CuO═CuSO₄+H₂O；
故答案为：
（2）①可能是氧化铜；化学反应前后元素种类不变，且氧化铜和炭粉都是黑色固体；
（4）①C+2CuO $\text{[math]}$ Cu+CO₂↑；
②2.22g碱式碳酸铜含碳元素的质量为 $\text{[math]}$ ×22.2g=1.2g≠1.6g；
（6）硫酸钠；硫酸； H₂SO₄+CuO═CuSO₄+H₂O．
分析：（2）探究性题目的做法是大胆推测，但要有合理的依据，不能凭空猜想；根据质量守恒定律可知，碱式碳酸铜的产物是有Cu、O、H、C中的一种或多种元素组合而成；根据题目信息（黑色粉末）可知，黑色物质还可能是氧化铜；
（4）①根据氧化铜、碳高温可相互反应分析解答；
②利用质量守恒定律元素的质量守恒解答即可；
（6）由标签可知：溶液的质量分数是20%，题中给出三种物质的溶解度，根据溶解度计算在该温度下，饱和溶液中的溶质的质量分数，从而可以确定溶液的可能组成；
能与氧化铜发生反应的是硫酸，生成硫酸铜和水．
点评：本题主要考查了利用所学知识，通过实验探究碱式碳酸铜的受热分解产物，其中涉及到质量守恒定律的应用，依据碳和氧化铜的化学性质不同，选择合适的试剂并根据实验现象对二者进行鉴别等问题，该类实验探究题能很好的考查学生的分析、解决问题的能力，并培养学生的思维能力．