Question

16．某研究性学习小组将一定浓度Na₂CO₃溶液滴入CuSO₄溶液中得到蓝色沉淀．
甲同学认为：两者反应生成只有CuCO₃一种沉淀；
乙同学认为：这两者相互促进水解反应，生成Cu（OH）₂一种沉淀；
丙同学认为：生成CuCO₃和Cu（OH）₂两种沉淀．
[查阅资料知：CuCO₃和Cu（OH）₂均不带结晶水]
Ⅰ．按照乙同学的理解反应的化学反应方程式为：Na₂CO₃+CuSO₄+H₂O═Cu（OH）₂↓+Na₂SO₄+CO₂↑；
在探究沉淀物成分前，须将沉淀从溶液中分离并净化．具体操作为①过滤②洗涤③干燥．
Ⅱ．请用如图1所示装置，选择必要的试剂，定性探究生成物的成分．

（1）各装置连接顺序为A→C→B．
（2）装置C中装有试剂的名称是无水硫酸铜．
（3）能证明生成物中有CuCO₃的实验现象是装置B中澄清石灰水变混浊．
Ⅲ．若CuCO₃和Cu（OH）₂两者都有，可通过如图2所示装置的连接，进行定量分析来测定其组成．
（1）装置C中碱石灰的作用是吸收空气中的H₂O蒸汽和CO₂，实验开始时和实验结束时都要通入过量的空气其作用分别是开始时通入处理过的空气可以将装置中原有含H₂O蒸汽和CO₂的空气排出，结束时通人处理过的空气可以将装置中滞留的H₂O蒸汽和CO₂排出．
（2）若沉淀样品的质量为m克，装置B质量增加了n克，则沉淀中CuCO₃的质量分数为：（1-$\frac{49n}{9m}$）×100%．（用m、n表示）

Answer 1

分析 Ⅰ、按照乙同学的理解碳酸根离子水解呈碱性，铜离子水解呈酸性，相互促进，生成氢氧化铜沉淀和二氧化碳气体；
Ⅱ、利用加热的方法检验，氢氧化铜和碳酸铜加热分解得到氧化铜、水和二氧化碳，若有氢氧化铜可用无水硫酸铜检验，若有碳酸铜可用澄清的石灰水检验产生的二氧化碳，澄清石灰水变浑浊说明含有CuCO₃；
Ⅲ、（1）实验开始时装置的空气中会有水蒸气和二氧化碳，若不排除被吸收装置吸收会对计算结果产生较大的误差，故开始时先用除去水和二氧化碳的空气将装置中的水蒸气和二氧化碳排除；实验结束氢氧化铜和碳酸铜加热分解后会在反应装置中残留二氧化碳和水蒸气，通过用除去水和二氧化碳的空气将装置中的水蒸气和二氧化碳赶出被吸收装置完全吸收；
（2）装置B质量增加了n克，说明分解生成ng水，根据水的质量计算沉淀中氢氧化铜的质量，沉淀质量减去氢氧化铜的质量等于碳酸铜的质量，再利用质量分数的定义计算．

解答 解：Ⅰ、按照乙同学的理解碳酸根离子水解呈碱性，铜离子水解呈酸性，相互促进，生成氢氧化铜沉淀和二氧化碳气体，反应的方程式为Na₂CO₃+CuSO₄+H₂O═Cu（OH）₂↓+Na₂SO₄+CO₂↑，
故答案为：Na₂CO₃+CuSO₄+H₂O═Cu（OH）₂↓+Na₂SO₄+CO₂↑；
Ⅱ、（1）利用加热的方法检验，氢氧化铜和碳酸铜加热分解得到氧化铜、水和二氧化碳，若有氢氧化铜可用无水硫酸铜检验，若有碳酸铜可用澄清的石灰水检验产生的二氧化碳，
故答案为：A；C；B；
（2）装置C检验是否有水生成，可用无水硫酸铜检验，若无水硫酸铜变蓝色说明有水生成，验证沉淀中有氢氧化铜生成，否则沉淀中无氢氧化铜，
故答案为：无水硫酸铜；
（3）用澄清的石灰水检验是否产生二氧化碳，装置B中澄清石灰水变浑浊，说明生成二氧化碳，即说明含有CuCO₃，故答案为：装置B中澄清石灰水变混浊；
Ⅲ、（1）实验开始时装置的空气中会有水蒸气和二氧化碳，若不排除被吸收装置吸收会对计算结果产生较大的误差，故开始时先用除去水和二氧化碳的空气将装置中的水蒸气和二氧化碳排除，故装置C中碱石灰的作用是吸收空气中的H₂O 蒸汽和CO₂，同时实验开始时也要将装置中的空气中的二氧化碳和水排尽，所以要先通一会儿处理过的空气，氢氧化铜和碳酸铜加热分解后会在反应装置中残留二氧化碳和水蒸气，通过用除去水和二氧化碳的空气将装置中的水蒸气和二氧化碳赶出被吸收装置完全吸收，防止影响测定结果．
故答案为：吸收空气中的H₂O 蒸汽和CO₂；开始时通入处理过的空气可以将装置中原有含H₂O 蒸汽和CO₂的空气排出；结束时通人处理过的空气可以将装置中滞留的H₂O 蒸汽和CO₂排出；
（2）装置B质量增加了n克，说明分解生成ng水，水的物质的量为$\frac{n}{18}$mol，根据氢元素守恒可知氢氧化铜的物质的量为$\frac{n}{18}$mol，故氢氧化铜的质量为$\frac{n}{18}$mol×98g/mol=$\frac{49n}{9}$g，沉淀中CuCO₃的质量分数为$\frac{mg-\frac{49n}{9}g}{mg}$×100%=（1-$\frac{49n}{9m}$）×100%，
故答案为：（1-$\frac{49n}{9m}$）×100%．

点评 本题考查对实验方案设计与装置的理解、实验基本操作、化学计算等，难度中等，理解实验原理是解题的关键，是对知识的综合运用，需要学生具备扎实的基础知识与运用知识分析问题、解决问题的能力．