Question

10．某研究性学习小组将一定浓度的Na₂CO₃溶液滴入CuSO₄溶液中得到沉淀．
甲同学认为两者反应只有CuCO₃一种沉淀生成；
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．

（1）如图1各装置连接顺序为A→C→B．
（2）若甲同学的结论正确，实验现象为C中无水硫酸铜不变色，装置B中澄清石灰水变浑浊．
II．若CuCO₃和Cu（OH）₂两者都有，可通过下列如图2所示装置的连接，进行定量分析来测定其组成．
（1）仪器组装好后首先要进行的实验操作是检查装置的气密性，实验结束时要继续通入处理过的过量空气，其作用是用空气将装置中的水蒸气和二氧化碳赶出．
（2）若沉淀样品的质量为mg，当反应完全后，装置C质量增加了ng，则沉淀中CuCO₃的质量分数为（1-$\frac{49n}{9m}$）×100%．
III．沉淀转化在生产中也有重要应用．例如，用Na₂CO₃溶液可以将锅炉水垢中的CaSO₄转化为较疏松瓶易清除的CaCO₃，该沉淀转化达到平衡时，其平衡常数K=3.25×10³（写数值）．[已知K_sp（CaSO₄）=9.1×10^-6，K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9]
IV．蓝铜矿的主要成分为2CuCO₃•Cu（OH）₂，当它与焦炭一起加热时，可以生成铜、二氧化碳和水，写出该反应的化学方程式2[2CuCO₃•Cu（OH）₂]+3C=7CO₂+6Cu+2H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．（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，澄清石灰水变浑浊说明含有CuCO₃；
（2）甲同学的说法正确，C中不变蓝，而D中石灰水变浑浊；
Ⅱ．（1）实验开始时，首先检查装置的气密性，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，故开始时先用空气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，也应利用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C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；
Ⅲ．CaSO₄和碳酸钠反应转化为CaCO₃的离子方程式为：CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）=CaCO₃（s）+SO₄^2-（aq），其平衡常数K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（CaS{O}_{4}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$；
Ⅳ．蓝铜矿的主要成分为2CuCO₃•Cu（OH）₂，当它与焦炭一起加热时，可以生成铜、二氧化碳和水，Cu的化合价变化（+2→0），C的化合价变化（0→+4），根据得失电子守恒、原子守恒配平，有元素化合价变化的反应属于氧化还原反应．

解答 解：I．（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，即装置的连接顺序为A→C→B，
故答案为：A；C；B；
（2）甲同学的说法正确，则观察到C中无水硫酸铜不变蓝，而B中石灰水变浑浊，
故答案为：C中无水硫酸铜不变色，装置B中澄清石灰水变浑浊；
II．（1）实验开始时首先检查装置的气密性，实验结束时，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，应用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，故答案为：检查装置的气密性；用空气将装置中的水蒸气和二氧化碳赶出；
（2）装置C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%．
Ⅲ．平衡常数K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Ksp（CaS{O}_{4}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$=$\frac{9.1×1{0}^{-6}}{2.8×1{0}^{-9}}$=3.25×10³，
故答案为：3.25×10³；
IV．蓝铜矿的主要成分为2CuCO₃•Cu（OH）₂，当它与焦炭一起加热时，可以生成铜、二氧化碳和水，该反应中Cu的化合价变化（+2→0），C的化合价变化（0→+4），1mol2CuCO₃•Cu（OH）₂反应生成3molCu，得到6mol电子，所以最小公倍数为12，所以C前系数为4，2CuCO₃•Cu（OH）₂前系数为2，根据原子守恒可得，该反应的化学方程式为：2[2CuCO₃•Cu（OH）₂]+3C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Cu+7CO₂↑+2H₂O，
故答案为：2[2CuCO₃•Cu（OH）₂]+3C=7CO₂+6Cu+2H₂O．

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，题目难度中等，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．