Question

16．碱式碳酸铜[xCuCO₃•yCu（OH）₂]，呈孔雀绿颜色．又称为孔雀石，是一种名贵的矿物宝石．它与铜与空气中的氧气、二氧化碳和水蒸气等物质反应产生的物质．CuSO₄溶液与Na₂CO₃溶液反应可以得到碱式碳酸铜，我们将对其组成进行相关探究．
[沉淀制备]
称取12.5g职矾（CuSO₄•5H₂O）溶于87.5mL蒸馏水中，滴加少量稀硫酸（体积可以忽略不计），充分搅拌后得到CuSO₄溶液．向其中加入Na₂CO₃溶液，将所得蓝绿色悬浊液过滤，并用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤，最后低温烘干备用．
[实验探究]我们设计了如图装置，用制得的蓝绿色固体进行实验．

根据以上实验回答下列问题
（1）配制硫酸铜溶液的过程中滴加稀硫酸的作用是抑制Cu²⁺水解，防止溶液变浑浊，所得硫酸铜溶液的溶质质量分数为8.0%
（2）实验室通常使用加热亚硝酸钠和氯化铵混合溶液的方法制取N₂，该反应的化学方程为：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O
（3）D装置加热前，需要首先打开活塞K，通入适量N₂，然后关闭K，再点燃D处酒精灯．通入N₂的作用排除装置中的空气，B为安全瓶，其作用原理为当装置内压力过大时，B瓶中间的安全管中液面上升，使压力稳定，C中盛装的试剂应是浓硫酸．
（4）加热D后观察到的现象是硬质玻璃管中蓝绿色固体变黑色，E中白色固体变蓝，F中溶液变浑浊
（5）经查阅文献知：K_sp[CaCO₃]=2.8×10^-9，K_sp[BaCO₃]=5.1×10^-9，经讨论认为需要用Ba（OH）₂溶液代替澄清石灰水来定量测定蓝绿色固体的化学式bd，其原因是bd
a．Ba（OH）₂的碱性比Ca（OH）₂强
b．Ba（OH）₂溶解度大于Ca（OH）₂，能充分吸收CO₂
c．相同条件下，CaCO₃的溶解度明显大于BaCO₃
d．吸收等量CO₂生成的BaCO₃的质量大于CaCO₃，测量误差小
（6）待D中反应完全后，打开活塞K，再次滴加NaNO₂溶液产生N₂，其目的是让停留在装置中的气体被充分吸收，减小实验误差．若定量分析所取蓝绿色固体质量为27.1g，装置F中使用Ba（OH）₂溶液，实验结束后经称量，装置E的质量增加0.27g，F中产生沉淀1.97 g．则该蓝绿色固体的化学式为2CuCO₃•3Cu（OH）₂．[写成xCuCO₃•yCu（OH）₂的形式]．

Answer 1

分析 A装置制备氮气排除装置中的空气，B作安全瓶，C干燥生成的氮气，装置D分解碱式碳酸铜[xCuCO₃•yCu（OH）₂]，盛放无水硫酸铜的E装置吸收分解生成的水分，F吸收分解生成的二氧化碳，用G装置吸收空气中水蒸气和二氧化碳，防止干扰实验，
（1）铜离子水解，加酸抑制其水解，根据溶质质量分数=$\frac{溶质的质量}{溶液的质量}×100%$计算；
（2）加热亚硝酸钠和氯化铵混合溶液生成N₂和氯化钠；
（3）通入N₂的目的是排除装置中的空气；B装置中当装置内压力过大时，B瓶中间的安全管中液面上升，使压力稳定，作安全瓶；C瓶干燥气体；
（4）加热D后生成黑色的氧化铜，水分使无水硫酸铜显蓝色，二氧化碳使澄清石灰石变浑浊，故现象为：硬质玻璃管中蓝绿色固体变黑色，E中白色固体变蓝，F中溶液变浑浊；
（5）Ca（OH）₂为微溶物，溶解度比Ba（OH）₂小，K_sp[CaCO₃]=2.8×10^-9，K_sp[BaCO₃]=5.1×10^-9，均为难溶物，且溶解度相差不大，据此分析；
（6）待D中反应完全后，打开活塞K，再次滴加NaNO₂溶液产生N₂，其目的是让停留在装置中的气体被充分吸收，减小实验误差；E中吸收的是水，F中吸收的是二氧化碳，根据质量守恒定律测得氧化铜的质量，根据原子守恒确定其化学式．

解答 解：（1）铜离子水解，加酸抑制其水解；
12.5 g胆矾中含有硫酸铜的质量为12.5×$\frac{160}{160+90}$=8g，
87.4 mL蒸馏水的质量为87.4g，则溶液的质量为12.5g+87.4g=99.9g，
所得硫酸铜溶液的溶质质量分数为$\frac{8g}{99.9}×100%$=8%；
故答案为：抑制Cu²⁺水解，防止溶液变浑浊；8.0%；
（2）加热亚硝酸钠和氯化铵混合溶液生成N₂和氯化钠，化学方程式为：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O；
故答案为：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O；
（3）通入N₂的目的是排除装置中的空气，B装置中当装置内压力过大时，B瓶中间的安全管中液面上升，使压力稳定，作安全瓶；C瓶装浓硫酸干燥氮气；
故答案为：排除装置中的空气；当装置内压力过大时，B瓶中间的安全管中液面上升，使压力稳定；浓硫酸；
（4）加热D后生成黑色的氧化铜，水分使无水硫酸铜显蓝色，二氧化碳使澄清石灰石变浑浊，故现象为：硬质玻璃管中蓝绿色固体变黑色，E中白色固体变蓝，F中溶液变浑浊；
故答案为：硬质玻璃管中蓝绿色固体变黑色，E中白色固体变蓝，F中溶液变浑浊；
（5）Ba（OH）₂溶解度大于Ca（OH）₂，充分吸收CO₂，BaCO₃的摩尔质量大于CaCO₃，测量误差小；氢氧化钙为强碱，CaCO₃的溶解度和BaCO₃溶解度相差不大；
故答案为：bd；
（6）待D中反应完全后，打开活塞K，再次滴加NaNO₂溶液产生N₂，其目的是让停留在装置中的气体被充分吸收，减小实验误差；
E中吸收的是水，水的物质的量为$\frac{0.27g}{18g/mol}$=0.015mol，F中吸收的是二氧化碳生成碳酸钡白色沉淀，根据碳原子守恒得二氧化碳的物质的量为$\frac{1.97g}{197g/mol}$=0.01mol，氧化铜的物质的量=（2.71g-0.27g-0.01mol×44g/mol）÷80g/mol═0.025mol，则铜离子、氢氧根离子和碳酸根离子的物质的量之比=0.025mol：0.03mol：0.01mol=5：6：2，所以其化学式为：2CuCO₃•3Cu（OH）₂；
故答案为：让停留在装置中的气体被充分吸收，减小实验误差；2CuCO₃•3Cu（OH）₂．

点评 本题以物质制备为载体，考查学生对原理的分析理解、物质含量测定等，难点是化学式的确定，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．