Question

7．某实验小组设计如下实验以废铜丝为原料制取碱式碳酸铜．

实验I：制备硝酸铜
废铜丝与稀硝酸反应并证明产生了一氧化氮，该小组同学设计如下实验装置．
（1）实验时，先将装置B下移，使碳酸钙与稀硝酸接触产生气体，当C处产生白色沉淀时，立刻将装置B上提，使之与稀硝酸分离．该组同学设计此操作的目的是让整套装置充满CO₂，防止O₂干扰．
（2）将铜丝下移至与稀硝酸接触，铜与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，反应一段时间后挤压F，可观察到烧瓶E内气体的颜色变化是气体颜色无色变化为红棕色，用化学方程式表示产生上述现象的原因是2NO+O₂=2NO₂．
（3）已知25℃时，Cu（OH）₂的溶度积Ksp=4×10^-21，该温度下向0.001mol/L硝酸铜溶液中滴加氢氧化钠溶液（体积变化忽略），开始沉淀时溶液的pH为5.3（lg5=0.7）．
实验Ⅱ：制备碱式碳酸铜
向大试管A中加入碳酸钠和硝酸铜混合溶液加热至70℃左右，用NaOH溶液调节pH至8.5，过滤、洗涤、烘干得到碱式碳酸铜．
（4）加热至70℃左右采用的方法是水浴加热．
（5）碱式碳酸铜的化学式可表示为xCuCO₃•yCu（OH）₂•zH₂O，可采用氢气还原法来测定其组成，原理为xCuCO₃•yCu（OH）₂•zH₂O+H₂→Cu+CO₂↑+H₂O（未配平）．称取24.0g某碱式碳酸铜样品，与H₂充分反应后得到12.8g残留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水．该碱式碳酸铜的化学式为：CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O．

Answer 1

分析 （1）NO与空气中氧气反应，制取NO前需要先用二氧化碳将装置中空气排净；
（2）铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮气体和水，据此写出反应的化学方程式；E中含有NO，NO与空气中氧气反应生成红棕色的二氧化氮；二氧化氮与水反应生成硝酸，硝酸与碳酸钙反应生成，导致碳酸钙溶解；
（3）当生成沉淀时，应满足Qc＞K_SP（Cu（OH）₂），根据Ksp=（Cu²⁺）×c²（OH^-）计算该题；
（4）反应温度低于100°C，可以利用水浴加热；
（5）n（Cu）=12.8g÷64g/mol=0.2mol；n（CO₂）=0.1mol；n（H₂O）=7.2g÷18g/mol=0.4mol．则含有CuCO₃：0.1mol；含有Cu （OH）₂：0.1mol；所以该样品中结晶水质量为24.0g-0.1mol×124g/mol-0.1mol×98g/mol=1.8g；所以含有的结晶水为1.8g÷18g/mol=0.1mol； CuCO₃：Cu （OH）₂：H₂O=0.1：0.1：0.1=1：1：1．因此该碱式碳酸铜的化学式为CuCO₃•Cu （OH）₂•H₂O．

解答 解：（1）实验时，可先将B装置中CaCO₃放入硝酸中，碳酸钙和硝酸反应生成二氧化碳气体，先排除装置中的空气，以便在E烧瓶中收集到NO，以便观察颜色，
故答案为：让整套装置充满CO₂，防止O₂干扰；
（2）稀硝酸与铜反应生成硝酸铜和NO，反应的离子方程式为：3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
A中硝酸和铜反应生成NO，NO易与氧气反应生成NO₂，可观察到烧瓶E内气体颜色逐渐加深，气体颜色无色变化为红棕色，NO遇空气中的O₂生成NO₂，反应的化学方程式为：2NO+O₂=2NO₂，
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；气体颜色无色变化为红棕色；2NO+O₂=2NO₂；
（3）在0.001mol/L的CuCl₂溶液中不断加入氨水，Cu²⁺开始沉淀时，应满足（Cu²⁺）×c²（OH^-）≥Ksp=4×10^-21，c（OH^-）≥$\sqrt{\frac{4×1{0}^{-21}}{0.001}}$mol/L=2×10^-9mol/L，
c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-9}}$mol/L=5×10^-6mol/L
pH=6-lg5=5.3，
故答案为：5.3；
（4）大试管A中加入碳酸钠和硝酸铜混合溶液加热至70℃左右，加热至70℃左右采用的方法是水浴加热，
故答案为：水浴加热；
（5）n（Cu）=$\frac{12.8g}{64g/mol}$=0.2mol；n（CO₂）=0.1mol；n（H₂O）=$\frac{7.2g}{18g/mol}$=0.4mol．则含有CuCO₃：0.1mol；含有Cu （OH）₂：0.1mol；所以该样品中结晶水质量为24.0g-0.1mol×124g/mol-0.1mol×98g/mol=1.8g；所以含有的结晶水为$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol； CuCO₃：Cu （OH）₂：H₂O=0.1：0.1：0.1=1：1：1．因此该碱式碳酸铜的化学式为CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O；
故答案为：CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O．

点评 本题以硝酸的性质为载体综合考查性质实验的设计，为高考常见题型，题目难度中等，试题侧重考查学生的分析能力和实验能力，注意把握相关物质的性质，明确实验目的和原理是解答该题的关键，注意常见实验操作方法及注意事项．