Question

实验室以废铜屑为原料制取碱式碳酸铜【Cu₂（OH）₂CO₃】的步骤如下：
步骤一：废铜屑制硝酸铜
如图，用胶头滴管吸取浓HNO₃缓慢加到锥形瓶内的废铜屑中（废铜屑过量），充分反应后过滤，得到硝酸铜溶液．
步骤二：碱式碳酸铜的制备
向大试管中加入碳酸钠溶液和硝酸铜溶液，水浴加热至70℃左右，用0.4mol/L的NaOH溶液调节pH至8.5，振荡，静置，过滤，用热水洗涤，烘干，得到碱式碳酸铜产品．
步骤三：碱式碳酸铜的组成测定碱式碳酸铜可表示为：xCuCO₃?yCu（OH）₂?zH₂O，可采用氢气还原法来确定，其反应原理为：xCuCO₃?yCu（OH）₂?zH₂O+H₂→Cu+CO₂+H₂O（未配平）
完成下列填空：
（1）步骤一中，反应开始时，瓶内的现象是

 

，用该装置制取硝酸铜，好处是

 

．
（2）步骤二中，水浴加热所需仪器有

 

、

 

（加热、夹持仪器、石棉网除外）；洗涤的目的是

 

．
（3）步骤三中，①以字x、y、z母为系数，配平氢气还原法的化学方程式：

 

xCuCO₃?yCu（OH）₂?zH₂O+

 

H₂→

 

Cu+

 

CO₂+

 

H₂O
②称取24.0g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到12.8g残留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水．该样品中结晶水质量为

 

g，化学式为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,化学方程式的有关计算,氧化还原反应方程式的配平

专题：实验设计题

分析：（1）在实验步骤一中，反应开始时，会看到在Cu 溶解，锥形瓶中溶液变蓝色，气体变为红棕色．由于该实验装置是密闭的，产生的大气污染物NO₂、NO会被NaOH溶液吸收，减少氮氧化合物对环境的污染；
（2）水浴加热所需仪器有烧杯、温度计；洗涤的目的是除去产品表面吸附的杂质硝酸钠；
（3）①根据元素守恒、电子守恒可得方程式为xCuCO₃?yCu （OH）₂?zH₂O+（x+y）H₂=（x+y）Cu+x CO₂↑+（x+2y+z）H₂O；
②n（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）在实验步骤一中，反应开始时，会看到在Cu 溶解，锥形瓶中溶液变蓝色，气体变为红棕色；由于该实验装置是密闭的，产生的大气污染物NO₂、NO会被NaOH溶液吸收，减少氮氧化合物对环境的污染；
故答案为：气体变为红棕色，锥形瓶中溶液变蓝色，减少氮氧化合物对环境的污染；
（2）在操作步骤二中，水浴加热所需仪器有烧杯、温度计；洗涤的目的是除去产品表面吸附的杂质硝酸钠；
故答案为：烧杯、温度计； 除去产品表面吸附的硝酸钠；
（3）①根据元素守恒、电子守恒可得方程式为：xCuCO₃?yCu （OH）₂?zH₂O+（x+y）H₂=（x+y）Cu+x CO₂↑+（x+2y+z）H₂O；
故答案为：1，（x+y），（x+y），x，（x+2y+z）；
②n（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；
故答案为：1.8，CuCO₃?Cu （OH）₂?H₂O；

点评：本题考查了物质制备方案设计，物质性质的理解应用，化学反应定量计算化学式的方法，掌握基础是关键，题目难度中等．