Question

2．某学生研究小组欲分析CuSO₄溶液与Na₂CO₃溶液混合产生的蓝绿色沉淀成分，开展下列实验探究．
[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，用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤
步骤2：甲同学取一定量固体，用气密性良好的如下进行装置（夹持仪器未画出）进行定性实验：
（1）假设2中的沉淀为CuCO₃．
（2）假设1中沉淀为Cu（OH）₂的理论依据是碳酸根水解，溶液中含有较多的OH^-（．
（3）无水乙醇洗涤的目的利用乙醇的易挥发，带走洗涤的水．
（4）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．
（5）乙同学认为只要将上图中B装置的试剂改用无水CuSO₄试剂后，便可验证上述所有假设．
（6）乙同学更换B试剂后验证假设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．
（7）在假设3成立的前提下，某同学考虑用Ba（OH）₂代替Ca（OH）₂，测定蓝绿色固体的化学式，若所取蓝绿色固体质量为27.1g，实验结束后装置B的质量增加2.7g，C中的产生沉淀的质量为19.7g．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 （1）提出假设：氢氧化铜和碳酸铜都是蓝色沉淀；
（2）Na₂CO₃溶液中碳酸根能水解，产生氢氧根离子，所以与CuSO₄溶液混合产生的蓝绿色沉淀可能为氢氧化铜；
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；
（3）用无水乙醇洗涤悬浊液，可以洗去固体中残留的水分，乙醇具有挥发性；
（4）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；
（5）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；
（6）依据（5）的分析表述实验现象；
（7）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：（1）CuSO₄溶液与Na₂CO₃溶液混合产生蓝绿色沉淀，可能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，假设1中沉淀为Cu（OH）₂，假设2为CuCO₃，
故答案为：CuCO₃；
（2）Na₂CO₃溶液中碳酸根能水解，产生氢氧根离子，所以与CuSO₄溶液混合产生的蓝绿色沉淀可能为氢氧化铜，
故答案为：碳酸根水解，溶液中含有较多的OH^-；
（3）所得悬浊液过滤，用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤，可以洗去固体中残留的水分，通风晾干可以让乙醇完全挥发，
故答案为：利用乙醇的易挥发，带走洗涤的水；
（4）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，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，
故答案为：1；
（5）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，所以要将上图中B装置的试剂改用无水CuSO₄，
故答案为：无水CuSO₄；
（6）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，
故答案为：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；
（7）B中吸收的是水，水的物质的量=$\frac{2.7g}{18g/mol}$=0.15mol，C中吸收的是二氧化碳生成碳酸钡白色沉淀，根据碳原子守恒得二氧化碳的物质的量=$\frac{19.7g}{197g/mol}$=0.1mol，氧化铜的物质的量=$\frac{27.1g-2.7g-0.1mol×44g/mol}{80g/mol}$=0.25mol，则铜离子、氢氧根离子和碳酸根离子的物质的量之比=0.25mol：0.3mol：0.1mol=5：6：2，所以其化学式为：2 CuCO₃•3Cu（OH）₂  或 3Cu（OH）₂•2 CuCO₃  或  Cu₅（OH）₆（CO₃）₂，
故答案为：2 CuCO₃•3Cu（OH）₂  或 3Cu（OH）₂•2 CuCO₃  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，难度较大．