Question

14．某研究性学习小组将一定浓度Na₂CO₃溶液滴入CuSO₄溶液中得到蓝色沉淀．甲同学认为沉淀可能是CuCO₃；乙同学认为沉淀可能是Cu（OH）₂；丙同学认为沉淀可能是CuCO₃和Cu（OH）₂的混合物．（查阅资料知：CuCO₃和Cu（OH）₂均不带结晶水）
Ⅰ．（1）按照甲同学的观点，发生反应的离子反应方程式为CO₃^2-+Cu²⁺=CuCO₃↓；
（2）在探究沉淀成分前，须将沉淀从溶液中通过过滤、洗涤、干燥等步骤分离并净化．
Ⅱ．请用下图所示装置，选择必要的试剂，定性探究生成物的成分是何种成分．

（3）B中试剂为无水硫酸铜固体．
（4）能证明生成物中有CuCO₃的实验现象是装置C中澄清石灰水变混浊．
Ⅲ．若CuCO₃和Cu（OH）₂ 两者都有，还可利用下列装置通过实验测定其组成．

（5）各装置连接顺序为 e→f→a→b→d→c→g→h（或者a、b可以互换；g、h可以互换）→j．（填字母序号）
（6）装置C中碱石灰的作用是吸收空气中的H₂O 蒸汽和CO₂，实验开始和结束时都要通入足量的空气，请说明结束时通入足量空气的作用是将装置中滞留的气体赶出，使其充分被吸收．
（7）若沉淀样品的质量为m克，装置B质量增加了n克，则样品中CuCO₃的质量分数为（1-$\frac{49n}{9m}$）×100%．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）沉淀是CuCO₃说明，Na₂CO₃溶液与CuSO₄溶液发生反应生成硫酸钠与碳酸铜，即碳酸根与铜离子反应生成碳酸铜沉淀；
Ⅱ、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；
Ⅲ、（5）实验开始时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（注意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，也应通过用除去水和二氧化碳的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）；
（6）实验开始时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，通过用除去水和二氧化碳的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；
（7）装置B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．

解答 解：Ⅰ、（1）沉淀是CuCO₃说明，Na₂CO₃溶液与CuSO₄溶液发生反应生成硫酸钠与碳酸铜，即碳酸根与铜离子反应生成碳酸铜沉淀，反应离子方程式为CO₃^2-+Cu²⁺=CuCO₃↓，故答案为：CO₃^2-+Cu²⁺=CuCO₃↓；
Ⅱ、（3）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，故答案为：无水硫酸铜固体；
（4）用澄清的石灰水检验是否产生二氧化碳，装置C中澄清石灰水变浑浊，说明生成二氧化碳，即说明含有CuCO₃．
故答案为：装置C中澄清石灰水变混浊；
Ⅲ、（5）若CuCO₃和Cu（OH）₂两种沉淀都有，加热时生成CO₂和H₂O，定量检验时，可用浓硫酸吸收水，用碱石灰吸收二氧化碳，实验时，为减小误差，应排除空气中水和二氧化碳的干扰，并保证水和二氧化碳完全吸收，则实验仪器的连接顺序应为e→f→a→b→d→c→g→h→j（或者a、b可以互换；g、h可以互换），故答案为：a→b→d→c→g→h（或者a、b可以互换；g、h可以互换）；
（6）实验开始时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，故装置C中碱石灰的作用是吸收空气中的H₂O 蒸汽和CO₂；
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，通过用除去水和二氧化碳的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，防止影响测定结果．
故答案为：吸收空气中的H₂O 蒸汽和CO₂；将装置中滞留的气体赶出，使其充分被吸收；
（7）装置B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的质量为（m-$\frac{49n}{9}$）g，碳酸铜的质量分数为=$\frac{m-\frac{49n}{9}}{m}$×100%=（1-$\frac{49n}{9m}$）×100%，
故答案为：（1-$\frac{49n}{9m}$）×100%．

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，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．