Question

6．Na₂CO₃溶液显碱性，CuSO₄溶液与Na₂CO₃溶液混合产生蓝绿色沉淀，以下是某兴趣小组对沉淀组成的探究．
【提出假设】
假设1：沉淀为Cu （OH）₂假设2：沉淀为CuCO₃
假设3：沉淀为碱式碳酸铜[化学式可表示为nCuCO₃•mCu （OH）₂]
【查阅资料】无论是哪一种沉淀受热均易分解（假设均不含结晶水）．
【物质成分探究】
步骤1：将所得悬浊液过滤，洗涤滤渣后晾干；
步骤2：甲同学取一定量上述蓝绿色固体，用如下装置（气密性良好）进行定性实验
已知：nCuCO₃•mCu （OH）₂受热易分解，生成CuO、CO₂、H₂O．
CuCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+CO₂↑，Cu（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+H₂O

（1）若反应后A中蓝绿色固体变黑，C中无明显现象，证明假设1成立．
（2）乙同学认为只要将图中B装置的试剂改用下列某试剂后，仅凭肉眼观察到的现象便可验证上述所有假设，该试剂是B（填代号）．
A．浓硫酸     B．无水CuSO₄    C．碱石灰    D．P₂O₅
（3）乙同学验证假设3成立的实验现象是A中蓝绿色固体变黑色，B中无水CuSO₄固体变蓝，C中有白色沉淀产生．
【物质含量探究】
（4）乙同学进一步探究假设3中固体的组成，用上述装置进行实验：
若所取蓝绿色固体样品质量为54.2g置于A装置中，实验结束后装置B的质量增加5.4g，C中的产生沉淀的质量为20g．则该蓝绿色固体的化学式为2CuCO₃•3Cu（OH）₂或3Cu（OH）₂•2CuCO₃或Cu₅（OH）₆（CO₃）₂．

Answer 1

分析 提出假设：氢氧化铜和碳酸铜都是蓝色沉淀；
（1）加热时，碳酸铜分解生成二氧化碳和黑色氧化铜，二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，加热氢氧化铜时生成水蒸气和黑色氧化铜，水能使无水硫酸铜变蓝；
（2）实验验证碳酸铜或氢氧化铜是利用受热分解生成的产物性质验证，加热时，碳酸铜分解生成二氧化碳和黑色氧化铜，加热氢氧化铜时生成水蒸气和黑色氧化铜，所以需要验证水的存在和二氧化碳的存在就可以证明产生的物质成分；
（3）依据（2）的分析确定所选试剂；
（4）B中吸收的是水，C中吸收的是二氧化碳，根据质量守恒定律测得氧化铜的质量，根据原子守恒确定其化学式．

解答 解：CuSO₄溶液与Na₂CO₃溶液混合产生蓝绿色沉淀，可逆是反应生成了碳酸铜沉淀，或双水解生成了氢氧化铜沉淀，或是碱式碳酸铜，依据题干分析判断，假设2为碳酸铜，
（1）加热时，碳酸铜分解生成二氧化碳和黑色氧化铜，二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，加热氢氧化铜时生成水蒸气和黑色氧化铜，水能使无水硫酸铜变蓝，若反应后A中蓝绿色固体变黑，C中无明显现象证明一定不含有碳酸铜，现象的产生为氢氧化铜，假设1正确，
（2）实验验证碳酸铜或氢氧化铜是利用受热分解生成的产物性质验证，加热时，碳酸铜分解生成二氧化碳和黑色氧化铜，加热氢氧化铜时生成水蒸气和黑色氧化铜，所以需要验证水的存在和二氧化碳的存在就可以证明产生的物质成分，装置A中加热是否变化为黑色固体，装置B选择无水硫酸铜验证是否生成水，澄清石灰水是否变浑浊证明是否生成二氧化碳，
（3）装置A中加热是否变化为黑色固体，装置B选择无水硫酸铜，是否变蓝色验证是否生成水，装置C中澄清石灰水是否变浑浊证明是否生成二氧化碳，所以证明假设是否正确的现象为：A中蓝绿色固体变黑色，B中无水CuSO₄固体变蓝，C中有白色沉淀产生，
（4）B中吸收的是水，水的质量=5.4g；C中的产生沉淀的质量为20g，则C中吸收的是二氧化碳生成碳酸钙白色沉淀，根据碳原子守恒得二氧化碳的质量为8.8g；氧化铜的质量=54.2g-5.4g-8.8g=40.0g，则铜离子、氢氧根离子和碳酸根离子的物质的量之比=0.5mol：0.6mol：0.2mol=5：6：2，所以其化学式为：2CuCO₃•3Cu（OH）₂或3Cu（OH）₂•2CuCO₃或Cu₅（OH）₆（CO₃）₂，
故答案为：【提出假设】
假设2：CuCO₃；（1）1；（2）B；（3）A中蓝绿色固体变黑色，B中无水CuSO₄固体变蓝，C中有白色沉淀产生；
（4）2CuCO₃•3Cu （OH）₂或3Cu（OH）₂•2CuCO₃或Cu₅（OH）₆（CO₃）₂．

点评 本题考查了探究物质的组成和含量的测定，明确物质的性质探究实验的基础，难点是化学式的确定，难度中等．