Question

2．将过量的Na₂CO₃溶液滴入到一定量CuSO₄溶液中得到蓝绿色颗粒状沉淀．某研究性学习小组对蓝色固体的成分提出了三种假设：
（1）假设一：沉淀是CuCO₃，理由：Na₂CO₃ +CuSO₄═Na₂SO₄+CuCO₃↓（用化学反应方程式表示）；
假设二：沉淀是Cu（OH）₂；
假设三：沉淀是Cu（OH）₂和CuCO₃的混合物．
（2）为了进一步探究沉淀的成分，进而确定何种假设成立，该小组同学设计如下实验，装置图如图2：

①研究沉淀物组成前，须将沉淀从溶液中分离并净化；
②E中药品的名称是碱石灰；
③实验过程中有以下操作步骤：
a．打开K₁、K₃，关闭K₂、K₄，通入过量空气，
b．关闭K₁、K₃，打开K₂、K₄，充分反应；
c．再通入过量空气时，活塞处于打开的为K₁、K₄，关闭的为K₂、K₃．
④若沉淀样品的质量为m g，装置D的质量增加了n g，假设三成立，则Cu（OH）₂的质量分数为$\frac{m-\frac{31}{11}n}{m}$×100%（用含m、n代数式表示）；若不进行步骤c，则会使Cu（OH）₂的质量分数测定结果偏低（填“偏高”、“无影响”或“偏低”）．

Answer 1

分析 （1）假设一：根据碳酸钠与硫酸铜符合复分解反应发生的条件，反应能生成碳酸铜沉淀，对所得固体进行猜想，写出反应的化学方程式；
（2）②分析装置是利用测定溶解沉淀生成的二氧化碳质量计算得到，装置D是测定二氧化碳质量的干燥管，装置E中装有碱石灰，防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置D，造成测定误差；
③空气中含有二氧化碳，空气通过氢氧化钠溶液吸收空气中的二氧化碳，利用除去二氧化碳的空气，打开K₁、K₃，关闭K₂、K₄，排除装置中的焓二氧化碳气体的空气，避免测定误差的产生；关闭K₁、K₃，打开K₂、K₄，装置B中样品充分反应，关闭K₂，K₃，打开K₁、K₄，再通入过量空气把装置中生成的二氧化碳气体全部赶到装置D中完全吸收，减少误差；
④若沉淀样品的质量为m g，若沉淀样品为纯净物，则判断沉淀为CuCO₃，装置D的质量增加了n g，为二氧化碳气体质量，依据碳元素守恒得到mn的关系；若假设三正确，依据生成的二氧化碳物质的量减少碳酸铜质量，根据样品质量计算得到氢氧化铜的质量分数．

解答 解：（1）碳酸钠与硫酸铜通过交换成分可生成碳酸铜沉淀和硫酸钠，反应的化学方程式为：Na₂CO₃ +CuSO₄═Na₂SO₄+CuCO₃↓，
故答案为：Na₂CO₃ +CuSO₄═Na₂SO₄+CuCO₃↓；
（2）②装置是利用测定溶解沉淀生成的二氧化碳质量计算得到，装置D是测定二氧化碳质量的球形干燥管，装置E中装有碱石灰，防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置D，造成测定误差，
故答案为：碱石灰；
③空气中含有二氧化碳，空气通过氢氧化钠溶液吸收空气中的二氧化碳，利用除去二氧化碳的空气，打开K₁、K₃，关闭K₂、K₄，排除装置中的焓二氧化碳气体的空气，避免测定误差的产生；关闭K₁、K₃，打开K₂、K₄，装置B中样品充分反应，关闭K₂，K₃，打开K₁、K₄，再通入过量空气把装置中生成的二氧化碳气体全部赶到装置D中完全吸收，减少误差；
故答案为：K₁、K₄；K₂、K₃；
④若沉淀样品的质量为m g，若沉淀样品为纯净物，则判断沉淀为CuCO₃，装置D的质量增加了n g，为二氧化碳气体质量，依据碳元素守恒得到mg=$\frac{ng}{44g/mol}$×124g/mol，得到mn的关系为31n=11m；若假设三正确，依据生成的二氧化碳物质的量减少碳酸铜质量，根据样品质量计算得到氢氧化铜的质量分数=$\frac{mg-\frac{ng}{44g/mol}×124g/mol}{mg}$×100%=$\frac{m-\frac{31}{11}n}{m}$×100%，若不进行步骤C，生成的二氧化碳气体中含有水蒸气，被装置D吸收后称量得到二氧化碳质量增大，计算得到碳酸铜质量增大，氢氧化铜的质量减小，则会使测得结果质量分数偏低，
故答案为：$\frac{m-\frac{31}{11}n}{m}$×100%，偏低．

点评 本题考查了实验探究物质组成的实验设计和方案分析判断，装置特征分析，物质性质的分析应用是解题关键，实验基本操作和流程理解是解题关键，题目难度中等．