Question

19．铜及其化合物在生产、生活中都有广泛的应用．
一、铜的性质及其应用
兔首和鼠首均为青铜器（铜、锡合金），表面呈绿色，这是铜器长期暴露在空气中生成了铜锈（铜锈俗称铜绿）．铜绿化学式是Cu₂（OH）₂CO₃，它受热会分解生成三种氧化物．
（1）青铜器属于A（填序号）．
A．无机材料          B．合成材料         C．复合材料      D．复合肥
（2）铜绿分解的化学方程式为Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+H₂O+CO₂↑．
（3）为了弄清铜生成铜绿的条件，某化学实验小组借鉴课本“铁钉锈蚀条件的探究”实验，设计了“铜片锈蚀条件的探究”实验，实验如图1所示（所用铜片洁净、光亮，试管内的“”为铜片）．

实验较长时间后，发现D（填试管编号）试管中铜片最先生锈．小组讨论后发现实验还不够完善，要得出正确的结论，还要补充一个实验．你认为要补充的一个实验是：Cu和CO₂、O₂（写出试管中需要的物质）．可以省略不做的实验是试管ABC（填试管编号）．
二、铜的制备研究
铜可采用如下方法制备：
方法一：火法炼铜：Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+SO₂
方法二：湿法炼铜：CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu
（4）上述两种方法中，你认为哪种方法更好方法二 ，原因是能耗低（写出1条原因即可）．辉铜矿的主要成分为Cu₂S，常用于火法炼铜．若生成过程中铜元素的转化率为90%，生产64tCu需要含Cu₂S 80%的辉铜矿111 t（取整数）．
三、铜的化合物的制备研究
碱式碳酸铜可用于生产木材防腐剂等．工业上可用微蚀刻废液（含有一定量Cu²⁺、H⁺、SO₄^2-、H₂O₂和微量Fe³⁺）制备高纯度碱式碳酸铜，其制备过程如图2：

（5）加入试剂1的目的是除去废液中的酸性物质，试剂1最好选用c（填序号）．
a．Fe₂O₃                 b． CaCO₃               c．CuO
（6）加入Na₂CO₃沉淀前须除去Fe³⁺，否则Fe₂（SO₄）₃会与Na₂CO₃反应，产生一种气体，同时生成NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂沉淀，影响产品质量，6Na₂CO₃+3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O
=2NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂+6CO₂↑+5Na₂SO₄．
（7）加入Na₂CO₃沉淀时，反应液pH对产品中的SO₄^2-含量以及反应液中Cu²⁺沉淀效率的影响如图3所示，第二次沉淀时溶液pH最好控制在8.5．

（8）所制得的碱式碳酸铜的组成可表示为：xCuCO₃•yCu（OH）₂•zH₂O．某研究小组设计如图4实验装置测定其中CuCO₃的质量分数（不考虑植物油中溶解CO₂产生的影响）．
实验步骤如下：①连接装置并检查装置气密性；②准确称量样品的质量1.2g；③装药品，调节量气装置两边液面相平，读取量气管刻度为10ml；④向锥形瓶内加入50ml（足量）的稀硫酸，充分反应；⑤冷却到室温；⑥再次调节量气装置两边液面相平，读取量气管刻度为172ml．
Ⅰ．请将上述实验步骤补充完整；
Ⅱ．装置B的作用是干燥二氧化碳，少量植物油的作用是防止二氧化碳溶于水，C中的试剂是c（填字母序号）； a．碱石灰                 b．浓硫酸                 c．无水硫酸铜
Ⅲ．步骤⑥中调节液面相平的操作是将水准管缓慢下移（填“缓慢上移”或“缓慢下移”）．
Ⅳ．若标准状况下，每44g二氧化碳的体积为22.4L．根据实验数据计算产品中CuCO₃的质量分数（写出计算过程）．（保留到0.1%）
Ⅴ．若其他操作均正确，仅因下列因素可使测定结果偏小的是BCD（填字母序号）；
A．步骤③中平视刻度，步骤⑥中仰视读数
B．硫酸的用量不足
C．量气管中未加植物油
D．步骤⑥中没有调节量气装置两边液面相平，直接读数
（9）碱式碳酸铜【xCuCO₃•yCu（OH）₂•zH₂O】的热分解研究．小组同学用热分析仪对固体进行热分解，获得相关数据，绘成的固体质量与分解温度的关系如图5．
（已知Cu（OH）₂的分解温度小于CuCO₃的分解温度．）
Ⅰ．通过计算可得x：y：z=1：1：1；
Ⅱ．若将16.0g剩余固体继续加热到更高的温度，发现固体质量减少了1.6g后质量不再改变，写出此过程中可能发生反应的化学方程式：4CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）青铜器属于无机材料；
（2）铜绿受热分解生成氧化铜、水和二氧化碳；
（3）通过实验可以判断铜生锈的条件；
（4）不同的工艺流程，优缺点不同；
（5）氧化铜和稀硫酸反应生成硫酸铜和水；
（6）化学反应遵循质量守恒定律，即反应前后元素种类不变，原子种类、总个数和质量都不变；
（7）根据图中提供的信息可以判断相关方面的问题；
（8）凡是有气体参加或产生的实验，实验前一定要检查装置的气密性，以防装置漏气影响实验结果； 
二氧化碳能够溶于水，不溶于植物油；
（9）根据提供的数据、信息等可以进行相关方面的计算和判断．

解答 解：（1）青铜器属于无机材料．
故选：A．
（2）铜绿分解生成氧化铜、水和二氧化碳，反应的化学方程式为：Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+H₂O+CO₂↑．
故填：Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+H₂O+CO₂↑．
（3）实验较长时间后，发现D试管中铜片最先生锈；
小组讨论后发现实验还不够完善，要得出正确的结论，还要补充一个实验，要补充的一个实验是：Cu和CO₂、O₂充分接触；
可以省略不做的实验是试管ABC．
故填：D；CO₂、O₂；ABC．
（4）上述两种方法中，更好的是方法二 ，原因是能耗低，不产生二氧化硫这种污染空气的气体等；
设需要含Cu₂S 80%的辉铜矿质量为x，
根据题意有：x×80%×$\frac{128}{160}$×100%×90%=64t，
x=111t，
辉铜矿的主要成分为Cu₂S，常用于火法炼铜．若生成过程中铜元素的转化率为90%，生产64tCu需要含Cu₂S 80%的辉铜矿 111 t（取整数）．
故填：方法二；能耗低；111．
（5）加入试剂1的目的是除去废液中的酸性物质，试剂1最好选用氧化铜，这是因为氧化铜能够除去硫酸，不带入新的杂质．
故选：c．
（6）根据质量守恒定律，反应的化学方程式为：6Na₂CO₃+3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O=2NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂+6CO₂↑+5Na₂SO₄．
故填：Na₂SO₄．
（7）由图3所示可知，溶液pH为8.5左右时，硫酸根离子含量最低，溶液中铜离子沉淀效率最高，因此第二次沉淀时溶液pH最好控制在8.5．
故填：8.5．
（8）实验步骤如下：①连接装置并检查装置气密性；②准确称量样品的质量1.2g；③装药品，调节量气装置两边液面相平，读取量气管刻度为10ml；④向锥形瓶内加入50ml（足量）的稀硫酸，充分反应；⑤冷却到室温；⑥再次调节量气装置两边液面相平，读取量气管刻度为172ml．
Ⅱ．装置B的作用是干燥二氧化碳，少量植物油的作用是防止二氧化碳溶于水，C中的试剂是无水硫酸铜，用来检验二氧化碳中是否含有水蒸气；
Ⅲ．步骤⑥中调节液面相平的操作是将水准管缓慢下移．
故填：检查装置气密性；干燥二氧化碳；防止二氧化碳溶于水；c；缓慢下移．
Ⅳ．反应生成二氧化碳质量为：（172mL-50mL-10mL）÷1000÷22.4L×44g=0.22g，
设碳酸铜质量为y，
CuCO₃+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O+CO₂↑，
124                                       44
y                                         0.22g
$\frac{124}{y}$=$\frac{44}{0.22g}$，
y=0.62g，
产品中CuCO₃的质量分数为：$\frac{0.62g}{1.2g}$×100%=51.7%，
答：产品中CuCO₃的质量分数为51.7%．
Ⅴ．A．步骤③中平视刻度，步骤⑥中仰视读数，会导致测定结果偏大；
B．硫酸的用量不足，会导致测定结果偏小；
C．量气管中未加植物油，会导致测定结果偏小；
D．步骤⑥中没有调节量气装置两边液面相平，直接读数，会导致测定结果偏小．
故填：BCD．
（9）加热时，结晶水先失去，因此结晶水的质量为：24.0g-22.2g=1.8g；
设氢氧化铜质量为z，
Cu（OH）₂的分解温度小于CuCO₃的分解温度，因此氢氧化铜完全反应后生成水的质量为：22.2g-20.4g=1.8g；
Cu（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+H₂O，
98                             18
z                             1.8g
$\frac{98}{z}$=$\frac{18}{1.8g}$，
z=9.8g，
设碳酸铜质量为m，
碳酸铜分解生成二氧化碳质量为：20.4g-16.0g=4.4g，
CuCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+CO₂↑，
124                    44
m                     4.4g
$\frac{124}{m}$=$\frac{44}{4.4g}$，
m=12.4g，
根据题意有：$\frac{12.4g}{124}$：$\frac{9.8g}{98}$=x：y，$\frac{9.8g}{98}$：$\frac{1.8g}{18}$=y：z，
通过计算可得：x：y：z=1：1：1；
若将16.0g剩余固体继续加热到更高的温度，发现固体质量减少了1.6g后质量不再改变，说明反应过程中氧化铜中的氧元素一部分转化成氧气，剩余固体中铜元素质量为：16.0g×$\frac{64}{80}$×100%=12.8g，
剩余固体中氧元素质量为：16.0g-12.8g-1.6g=1.6g，
设固体的化学式为Cu_mO_n，
根据题意有：64m：16n=12.8g：1.6g，
m：n=2：1，
因此剩余固体的化学式是Cu₂O，
此过程中可能发生反应的化学方程式为：4CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．
故填：1：1：1；4CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．