Question

10．胆矾（CuSO₄•5H₂O）是铜的重要化合物，有着广泛的应用，如用来配制农药波尔多液．以下是CuSO₄•5H₂O的实验室制备流程图．

根据题意完成下列填空：
（1）向含有铜粉的稀硫酸中滴加硝酸，在铜粉溶解时最终可以观察到的实验现象：溶液呈蓝色、有红棕色气体生成．
（2）如果铜粉、硫酸及硝酸都比较纯净，则制得的CuSO₄•5H₂O中可能存在的杂质是Cu（NO₃）₂ （填化学式）．
（3）将CuSO₄•5H₂O与NaHCO₃按一定的比例共同投入到150mL沸水中，剧烈搅拌，冷却后，有绿色晶体析出．该晶体的化学组成为Cu_x（OH） _y（CO₃） _z•nH₂O．实验所得的绿色晶体需充分洗涤，检验是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液少许与试管中，加入盐酸酸化的BaCl₂溶液，若没有白色沉淀生产，则洗涤干净．
（4）为了确定晶体的化学式，某实验小组进行如下实验：
a．称取3.640g晶体，加入足量的稀盐酸使固体完全溶解，收集到标准状况下的气体448.0mL；
b．称取等质量的晶体，灼烧至完全分解，得到2.400g残余固体．通过计算确定晶体的化学式（写出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）铜与浓硝酸反应有硝酸铜和红棕色的二氧化氮产生，根据反应的产物判断现象；
（2）制硫酸铜时，用铜与硝酸、硫酸的混合物反应的，所以可根据反应物判断可能存在的杂质；
（3）将CuSO₄•5H₂O与NaHCO₃按一定的比例反应得到绿色晶体，所以绿色晶体析出的时候表面应有硫酸根离子，可以通过检验硫酸根离子判断是否洗涤干净；
（4）称取3.640g晶体，加入足量的稀盐酸使固体完全溶解，收集到标准状况下的气体448.0mL，即为0.02mol应为二氧化碳气体，由此可计算出碳酸根的物质的量，取等质量的晶体，灼烧至完全分解，得到2.400g残余固体应为氧化铜，由此计算出晶体中铜元素的质量及物质的量，根据电荷守恒可确定氢氧化根的物质的量，再由总质量及铜元素的质量、碳酸根的质量、氢氧根的质量确定结晶水的质量，进而确定晶体的组成；

解答 解：（1）铜与浓硝酸反应为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，生成硫酸铜和二氧化氮气体，观察到溶液呈蓝色、有红棕色气体生成，
故答案为：溶液呈蓝色；有红棕色气体生成；
（2）制硫酸铜时，用铜与硝酸、硫酸的混合物反应的，铜与硝酸能生成硝酸铜，所以可能混有硝酸铜杂质，化学式为Cu（NO₃）₂，
故答案为：Cu（NO₃）₂；
（3）将CuSO₄•5H₂O与NaHCO₃按一定的比例反应得到绿色晶体，所以绿色晶体析出的时候表面应有硫酸根离子，可以通过检验硫酸根离子判断是否洗涤干净，检验的方法是取最后一次洗涤液少许与试管中，加入盐酸酸化的BaCl₂溶液，若没有白色沉淀生产，则洗涤干净，
故答案为：取最后一次洗涤液少许与试管中，加入盐酸酸化的BaCl₂溶液，若没有白色沉淀生产，则洗涤干净；
（4）由题意可知：n（CO₃^2-）=n（CO₂）=0.448L∕22.4mol•L^-1=0.02 mol，
灼烧最终得到的固体是CuO，
n（Cu²⁺）=n（CuO）=2.400 g/80 g•mol^-1=0.03 mol，
根据电荷守恒：n（Cu²⁺）×2=n（OH^-）+n（CO₃^2-）×2，
所以n（OH^-）=n（Cu²⁺）×2-n（CO₃^2-）×2=0.03 mol×2-0.02 mol×2=0.02 mol
n（H₂O）=（3.640g-0.03mol×64g•mol^-1-0.02mol×17g•mol^-1-0.02mol×60g•mol^-1）/18g•mol^-1=0.01mol
所以x：y：z：n=0.03mol：0.02mol：0.02mol：0.01mol=3：2：2：1，则晶体的化学式为Cu₃（OH）₂（CO₃）₂•H₂O或Cu（OH）₂•2CuCO₃•H₂O，
答：晶体的化学式为Cu₃（OH）₂（CO₃）₂•H₂O或Cu（OH）₂•2CuCO₃•H₂O．

点评 本题考查了物质含量的测定、实验现象等观察、实验原理的分析等，题目难度中等，侧重于考查学生的实验探究能力和计算能力．