Question

8．我国历史悠久，文明发达，早在商代就会冶练铜器，在出土的各代铜器表面都为绿色．经科学家检验，这些铜器都为碱式碳酸铜[Cu₂（OH）₂CO₃]．
碱式碳酸铜也是一种用途广泛的化工原料，实验室以废铜屑为原料制取碱式碳酸铜的步骤如下：
步骤一：废铜屑制硝酸铜
如图所示，用胶头滴管吸取浓HNO₃缓慢加到锥形瓶内的废铜屑中（废铜屑过量），充分反应后过滤，得到硝酸铜溶液．
步骤二：碱式碳酸铜的制备
向大试管中加人碳酸钠溶液和硝酸铜溶液，水浴加热至70℃左右，用0.4mol/L的NaOH溶液调节pH至8.5，振荡，静置，过滤，用热水洗涤，烘干，得到碱式碳酸铜产品．
完成下列问题：
（1）写出金属铜在潮湿的空气中形成铜绿的化学方程式：2Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu₂（OH）₂CO₃；
（2）如图装置中，锥形瓶内产生的气体颜色变化情况：随着反应的进行，气体由红棕色逐渐变淡，其原因是（用离子方程式表示）Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）如图装置中，NaOH溶液可以吸收硝酸与金属铜反应生成的污染性气体，其中有一个反应为NO₂+NaOH→NaNO₂+NaNO₃+H₂O（未配平），则当消耗11.2LNO₂（已换算为标准状况下）时，转移电子的个数为0.25N_A．
（4）步骤二中，水浴加热所需仪器有烧杯和温度计（加热、持夹仪器、石棉网除外）．
（5）步骤二中，若忘记用0.4mol/LNaOH溶液调节pH至8.5，会发现大试管中有少量气泡生成，且产生少量蓝色沉淀，请解释原因：铜离子和碳酸根离子发生双水解反应生成二氧化碳和氢氧化铜．
（6）步骤二中，烘干时，如果操作不慎，会造成碱式碳酸铜的受热分解，若试验得到2.42g样品（只含CuO杂质），取此样品加热至分解完全后，得到1.8g固体，此样品中碱式碳酸铜的质量分数是91.7%．

Answer 1

分析 （1）铜在潮湿的空气中生成铜绿（Cu₂（OH）₂CO₃）是铜与空气中的水、氧气、二氧化碳共同作用的结果；
（2）在实验步骤一中，锥形瓶内反应开始时，会看到在Cu 溶解，锥形瓶中溶液变蓝色，气体变为红棕色；
（3）NO₂+NaOH→NaNO₂+NaNO₃+H₂O中，NO₂→NaNO₂，N元素化合价降低1价，NO₂→NaNO₃，N元素化合价升高1价，则由化合价的升降配平，根据得失电子守恒计算；
（4）反应结束后，广口瓶的溶液中，除了剩余的NaOH外，还含有新生成的NaNO₂与NaNO₃；因反应器为大试管，故水浴加热中用来盛放水的仪器可以选用烧杯、温度计（测定水温）；
（5）步骤二中，若忘记用0.4mol/LNaOH溶液调节pH至8.5，铜离子和碳酸根离子发生双水解反应生成二氧化碳和氢氧化铜；
（6）根据反应前后固体质量的变化利用方程式的有关计算．

解答 解：（1）铜和水、氧气、二氧化碳等物质反应生成碱式碳酸铜，反应的化学方程式为：2Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu₂（OH）₂CO₃，
故答案为：2Cu+O₂+H₂O+CO₂═Cu₂（OH）₂CO₃；
（2）浓硝酸与铜反应的离子方程式为Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，在实验步骤一中，锥形瓶内反应开始时，会看到在Cu 溶解，锥形瓶中溶液变蓝色，气体变为红棕色，随着反应的进行，颜色逐渐变淡，生成NO，3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
故答案为：随着反应的进行，气体由红棕色逐渐变淡；Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O、3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）NO₂+NaOH→NaNO₂+NaNO₃+H₂O中，NO₂→NaNO₂，N元素化合价降低1价，被还原，NO₂→NaNO₃，N元素化合价升高1价，被氧化，则由化合价的升降配平可得：2NO₂+2NaOH═NaNO₂+NaNO₃+H₂O，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：1，每2mol二氧化氮反应转移电子数为：1mol，标准状况下11.2LNO₂的物质的量为0.5mol，当消耗11.2LNO₂（已换算为标准状况下）时，转移电子的个数为0.25mol，即0.25N_A，
故答案为：0.25N_A；
（4）因反应器为大试管，故水浴加热中用来盛放水的仪器可以选用烧杯、测定水温用温度计，
故答案为：温度计；
（5）碳酸根离子水解呈碱性，铜离子水解呈酸性，步骤二中，若忘记用0.4mol/LNaOH溶液调节pH至8.5，铜离子和碳酸根离子发生双水解反应生成二氧化碳和氢氧化铜，会发现大试管中有少量气泡生成，且产生少量蓝色沉淀，
故答案为：铜离子和碳酸根离子发生双水解反应生成二氧化碳和氢氧化铜；
（6）设此样品中碱式碳酸铜的质量为x
Cu₂（OH）₂CO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+H₂O+CO₂↑△m（减小量）
222               160         222-160=62
x                         （2.42g-1.8g）=0.62g
$\frac{222}{x}$=$\frac{62}{0.62g}$，x=2.22g，此样品中碱式碳酸铜的质量分数是$\frac{2.22g}{2.42g}$×100%=91.7%，
故答案为：91.7%．

点评 本题考查了碱式碳酸铜制备实验，掌握铜、氮及其化合物的性质，以及化学反应定量计算化学式的方法是解答关键，题目难度中等．