Question

4．某化学兴趣小组对硫酸铜晶体里结晶水的含量进行实验探究．实验步骤为：
①取晶体研磨；②用托盘天平称量25.0硫酸铜晶体试样；③加热、冷却；④称量；⑤再加热、冷却和称量；⑥多次测定不同温度下坩埚中固体的质量；⑦当硫酸铜晶体全部变成白色粉末后，继续对白色粉末进行加热，结果又观察到白
色粉末慢慢发生颜色变化，所测定固体质量随温度的升高而变化的曲线如图；
⑧对实验数据进行分析处理．

请回答下列问题：
（1）步骤①需要的实验仪器是研钵．
（2）步骤③具体的操作是：将盛有硫酸铜晶体的坩埚用酒精灯缓慢加热，同时用玻璃棒轻轻搅拌硫酸铜晶体．加热一段时间后，若晶体显蓝色，此时应当继续加热，直到晶体完全变成白色粉末，且不再有水蒸汽逸出，然后将坩埚放在干燥器里冷却．
（3）步骤⑤具体的操作是重复③④的操作，直到连续两次称量的质量差不超过0.1g为止．
（4）110℃时所得固体的化学式是CuSO₄•3H₂O；，最终所得固体的化学式是Cu₂O请从中学化学课本中举出一例能生成该物质的化学方程式CH₃CHO+2Cu（OH）₂$\stackrel{△}{→}$CH₃COOH+Cu₂O↓+2H₂O．
（5）通过实验探究可知，进行硫酸铜晶体中结晶水含量测定的实验时，温度控制在260℃～650℃范围里．

Answer 1

分析 （1）研碎硫酸铜晶体需要在研钵中进行；
（2）若晶体显蓝色，则硫酸铜晶体中的结晶水没有完全失去，需要继续加热直至变成白色粉末；硫酸铜会吸收结晶水，所以干燥时需要在干燥器中进行；
（3）托盘天平的最小读数为0.1g，则重复③至④的操作，直到连续两次称量的质量差不超过0.1 g为止，以此检验样品中结晶水是否已经全部除去；
（4）110℃时固体质量为21.4g，利用差量法设计成此时硫酸铜晶体中的结晶水数目；最终得到固体的质量为7.2g，该物质应该为铜的氧化物，根据质量守恒定律计算出铜的质量及物质的量，再计算出氧元素的物质的量，从而得出该物质的化学式；联系所学知识写出满足条件的化学方程式；
（5）温度低于260℃，硫酸铜晶体中的结晶水不会完全失去，650℃之前固体质量为16g，说明结晶水已经完全失去，若温度高于650℃，则会导致硫酸铜分解；而，几次判断加热硫酸铜晶体的温度范围．

解答 解：（1）需要在研钵中研碎硫酸铜晶体，故答案为：研钵；
（2）加热时要加热充分，若晶体显蓝色，说明结晶水还没有完全失去，应该继续加热，直到硫酸铜晶体完全变成白色粉末，且不再有水蒸气逸出再停止加热；冷却时放在干燥器中，避免吸收空气中的水，引起误差，
故答案为：继续加热，直到晶体完全变成白色粉末，且不再有水蒸汽逸出；干燥器；
（3）0.1 g是托盘天平的感量，两次称量误差不超过0.1 g，完全可以说明晶体中的结晶水已全部失去
用加热的方法除去CuSO₄•5H₂O中的结晶水，为了避免加热时间过长或温度过高造成的CuSO₄分解，就不可避免的没有使CuSO₄•5H₂O中结晶水全部失去，这势必会造成新的误差，为此，本实验采取了多次加热的方法，以尽可能的使晶体中的结晶水全部失去，0.1 g是托盘天平的感量，两次称量误差不超过0.1 g，完全可以说明晶体中的结晶水已全部失去，所以重复③至④的操作，直到连续两次称量的质量差不超过0.1 g为止，以此检验样品中结晶水是否已经全部除去，
故答案为：连续两次称量的质量差不超过0.1g为止；
（4）CuSO₄•5H₂O～CuSO₄•xH₂O△m
       250                 18（5-x）
      25.0g              25.0g-21.4g=3.6g
则：$\frac{250}{25.0}$=$\frac{18（5-x）}{3.6}$，
解得：x=3，
所以在110℃时所得固体的成分为CuSO₄•3H₂O；
25.0g胆矾的物质的量为：$\frac{25g}{250g/mol}$=0.1mol，最终得到的固体质量为7.2g，Cu元素守恒可知，该固体中含有0.1molCu元素，质量为：64g/mol×0.1mol=6.4g，含有氧元素的质量为：7.2g-6.4g=0.8g，含有氧原子的物质的量为：$\frac{0.8g}{16g/mol}$=0.05mol，n（Cu）：n（O）=0.1mol：0.05mol=2：1，则最终得到的物质为：Cu₂O，乙醛与新制的氢氧化铜浊液反应也可以得到氧化亚铜，反应的方程式为：CH₃CHO+2Cu（OH）₂$\stackrel{△}{→}$CH₃COOH+Cu₂O↓+2H₂O，
故答案为：CuSO₄•3H₂O； Cu₂O；CH₃CHO+2Cu（OH）₂$\stackrel{△}{→}$CH₃COOH+Cu₂O↓+2H₂O；
（5）根据图象可知，650℃前固体质量为16g，说明结晶水已经完全失去，若温度高于650℃，则硫酸铜分解，影响测定结果；而温度低于260℃，硫酸铜晶体中的结晶水不会完全失去，所以加热硫酸铜晶体的温度范围为：260℃～650℃，
故答案为：260℃～650℃．

点评 本题考查硫酸铜晶体中结晶水含量的测定，题目难度中等，明确测定原理为解答关键，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学计算能力，（4）为难点，需要利用质量守恒进行计算．