Question

铜及其化合物是工业生产和日常生活中常用的物质，下面是对铜及其化合物的探究．
问题一：硫酸铜溶液的配制
小明同学在实验室配制硫酸铜溶液时意外地发现有时会出现少量白色浑浊，对此，他和化学兴趣小组同学作出如下探究．

配置用水	有浑浊	有浑浊
自来水	无浑浊	有浑浊
市售纯净水	无浑浊	有浑浊
医用纯净水	无浑浊	无浑浊

试验编号	1	2	3	4	5	6	7
饱和溶液	2	4	6	8	16	32	128
现   象	白色浑浊→澄清

图 1
（1）形成浑浊条件分析：小明分别作出如图1配制方式，并记录现象如下：
另外，他将配好的饱和且澄清的硫酸铜溶液滴入纯净水中有如上现象，在配制过程中形成白色浑浊的因素可能有

 

、

 

、

 

等，因此，在实验室配制硫酸铜溶液时要用的配制用水是

 

 （选填“自来水、市售纯净水、医用蒸馏水”）、在

 

（选填“较低温度、较高温度”）下配制稍浓些的硫酸铜溶液．
（2）白色浑浊成分分析．
[查阅资料]同学们上网查阅资料获知：此白色沉淀是一种名为碱式硫酸铜的物质，它可溶于酸，其有多种可能的组成，如Cu₂（OH）₂SO₄、Cu₃（OH）₄SO₄或Cu₄（OH）₆SO₄等．为确定此次得到的白色沉淀究竟是哪种组成，小明设计实验如下：
[设计实验]称取5.16g白色沉淀，分成两等份：一份溶于足量的 中，向溶液中滴加足量的氯化钡溶液，过滤、洗涤、干燥，得2.33g白色固体；将另一份固体在空气中充分灼烧得到黑色固体1.60g．
[得出结论]通过计算确定该白色沉淀中Cu²⁺、OH^-、SO₄^2-的质量比为

 

，其化学式为

 

． （写出计算过程，共4分）
问题二：氢氧化铜与葡萄糖反应产物的分析
利用新制氢氧化铜可以验证葡萄糖的存在．下面是三个研究性学习小组分别从不同层面对此实验开展的研究性学习活动：
Ⅰ．研究性学习小组甲对教材实验结论葡萄糖与新制氢氧化铜反应生成的红色沉淀是Cu2O，提出质疑，他们认为红色沉淀不一定是氧化亚铜．为了确定红色沉淀的成分，开展了如下研究：
提出猜想：红色沉淀可能是

 

、

 

或二者混合物．
查阅资料：①氧化亚铜能与酸反应，得到+2价的铜离子和单质铜；②在空气中灼烧氧化亚铜生成氧化铜；③铜能与稀硝酸反应生成硝酸铜、水和一氧化氮．
设计方案：方案1：取该红色沉淀溶于足量的稀硝酸中，观察溶液颜色变化；
方案2：取该红色沉淀溶于足量的稀硫酸中，观察是否有残渣；
方案3：称取红色沉淀a g，在空气中充分灼烧至完全变黑，并在干燥器里冷却，再称重，反复多次直到固体恒重，称得质量为b g，比较a、b关系；
你认为合理的方案是

 

．
Ⅱ．研究性学习小组乙针对小组甲的质疑，设计新的探究方案，装置如图2所示．

①通入氢气体积　　②反应前，红色沉淀+硬质玻璃管的总质量
③完全反应后，红色固体+硬质玻璃管的总质量　　④实验前，干燥管（含其中固体）质量
⑤硬质玻璃管质量　　⑥锌粒质量　　⑦稀硫酸中含溶质的量　　⑧实验后，干燥管（含其中固体）质量　　（已知氢气在加热条件下能与金属氧化物发生置换反应，且假设反应能完全进行）
A．②④⑤⑧B．②③⑤C．①⑥⑦D．①②⑤
你认为需要测定上述

 

 （选择正确的字母填空）即可确定上述红色沉淀成分．
Ⅲ．研究性学习小组丙上网查阅得知，“2005年诺贝尔化学奖授予了三位研究绿色化学的科学家”．绿色化学强调对环境友好，实现零排放．“变废为宝”符合绿色化学要求．他们收集上述红色沉淀制备化学试剂--胆矾（CuSO₄?5H₂O）．他们设计了一个简单且符合绿色化学要求的实验方案：将红色固体反复灼烧后，用足量稀硫酸溶解，再将所得溶液蒸发结晶，减压过滤，用少量95%的酒精淋洗晶体，晾干或用滤纸吸干．晶体用酒精淋洗而不用水洗的好处是：

 

．

Answer 1

分析：问题一：
（1）观察表一，在10℃时，分别用自来水、市售纯净水、医用蒸馏水配制硫酸铜溶液，自来水有浑浊，另外两个无浑浊；说明有无浑浊现象与所选用的“水”有关，再细想这三种水的区别在于它们的纯度不同．自来水纯度最低，医用蒸馏水纯度最高．所以得出第一影响因素是水的纯度．
用市售纯净水配制硫酸铜溶液时，在10℃无浑浊，30℃时有浑浊，说明浑浊的形成与温度有关．
观察表二，当把饱和且澄清的硫酸铜溶液滴入一定量的纯净水时，浓度越来越大．说明浑浊与溶液的浓度有关．
（2）白色浑浊分析
题目中告诉我们，碱式硫酸铜溶于酸，所以我们应该联想到“一份溶于足量的__________中”填酸，常见的酸有稀盐酸、稀硫酸，但这里不能用稀硫酸，因为加入的稀硫酸也能与后面加入的氯化钡反应生成沉淀，使沉淀偏大．盐酸与碱式硫酸铜反应生成氯化铜、水和硫酸铜．
根据书写方程式的步骤：写出反应方程式；
氯化钡与硫酸铜反应的化学方程式为：CuSO₄+BaCl₂═BaSO₄↓+CuCl₂ ；
分别减少2.33g硫酸钡中硫酸根（SO₄^2-）的质量；1.6gCuO中铜元素的质量（即Cu²⁺的质量）；一份白色沉淀中的质量；
即可求白色沉淀中Cu²⁺、OH^-、SO₄^2-的个数比；从而确定白色沉淀的化学式；
问题二：氢氧化铜与葡萄糖反应产物的分析
Ⅰ、紧紧围绕“红色”来猜想，因为铜也是红色的，所以红色沉淀可能是Cu、Cu₂O或者二者混合物．
【设计方案】：方案1：由于Cu、Cu₂O都能与稀硝酸反应，进行分析；
方案2：Cu₂O与稀硫酸反应有Cu生成，有残渣，Cu不与稀硫酸反应有残渣，进行解答；
方案3：铜在空气中灼烧生成CuO，Cu₂O在空气中灼烧也生成氧化铜，但两者增加的质量不同；用极值法进行分析解答；
确定红色沉淀物；
Ⅱ、解答此题时，应知道测定的原理；用此装置测定物质组成通常在如下两种途径：
氢气与Cu₂O反应的化学方程式为：Cu₂O+H₂

△   .

2Cu+H₂O．
结合装置图和化学方程式，硬质玻璃管+其中固体在反应前后质量差是Cu₂O中O的质量，通过氧的质量可求出Cu₂O的质量，再进一步判断是否含有Cu；
一般不用测氢气的体积、锌粒、稀硫酸中溶质的方法，因为在用氢气还原金属氧化物时，通常需要先通一段时间氢气，反应后还要再通一段时间氢气，再加上氢气并不都能与金属氧化物反应，部分氢气会白白浪费掉，所以实际参加反应氢气的量很难测定．
Ⅲ、根据硫酸铜能溶于水但不能溶于酒精，进行分析解答．

解答：解：问题一：
（1）在配制过程中形成白色浑浊的因素可能有：温度、水中杂质含量（或水的纯度）、硫酸铜溶液的浓度；
在实验室配制硫酸铜溶液时要在低温下用医用蒸馏水配制；
（2）氯化钡与硫酸铜反应的化学方程式为：CuSO₄+BaCl₂═BaSO₄↓+CuCl₂ ．
2.33g硫酸钡中硫酸根（SO₄^2-）的质量为：2.33×

32+16×4

137+32+16×4

×100%=2.33×

96

233

×100%=0.96g；
碱式硫酸铜在空气灼烧产物为CuO、H₂O、SO₃．
1.6gCuO中铜元素的质量（即Cu²⁺的质量）：1.6×

64

80

×100%=1.28g；
 一份白色沉淀中OH^-的质量为：5.16g÷2-1.28g-0.96g=0.34g．
所以 白色沉淀中Cu²⁺、OH^-、SO₄^2-的个数比为：

1.28

64

：

0.34

17

：

0.96

96

=2：2：1；
所以白色沉淀的化学式为Cu₂（OH）₂SO₄ ；
问题二：
Ⅰ、紧紧围绕“红色”来猜想，因为铜也是红色的，所以红色沉淀可能是Cu、Cu₂O或者二者混合物；
【设计方案】：方案1：由于Cu、Cu₂O都能与稀硝酸反应，得到蓝色溶液，所以不行；
方案2：Cu₂O与稀硫酸反应有Cu生成，有残渣，Cu不与稀硫酸反应有残渣，所以方案2不行；
方案3：铜在空气中灼烧生成CuO，Cu₂O在空气中灼烧也生成氧化铜，但两者增加的质量不同．
agCu在空气中灼烧，完全反应后质量变为

5

4

a g；
agCu₂O在空气中灼烧，完全反应后质量变为

10

9

a g；
所以ag红色沉淀在空气中灼烧完全反应后，当b为

5

4

a g时红色沉淀Cu；
当b为为

10

9

a g 时红色沉淀 Cu₂O；
当

10

9

a g＜b＜

5

4

a g 时红色沉淀为两者混合物；
Ⅱ、解答此题时，应知道测定的原理；用此装置测定物质组成通常在如下两种途径：
氢气与Cu₂O反应的化学方程式为：Cu₂O+H₂

△   .

2Cu+H₂O．
结合装置图和化学方程式，硬质玻璃管+其中固体在反应前后质量差是Cu₂O中O的质量，通过氧的质量可求出Cu₂O的质量，再进一步判断是否含有Cu；此法需要测定的数据：B  ②③⑤；
一般不用测氢气的体积、锌粒、稀硫酸中溶质的方法，因为在用氢气还原金属氧化物时，通常需要先通一段时间氢气，反应后还要再通一段时间氢气，再加上氢气并不都能与金属氧化物反应，部分氢气会白白浪费掉，所以实际参加反应氢气的量很难测定．
Ⅲ、硫酸铜能溶于水但不能溶于酒精，晶体用酒精淋洗而不用水洗的好处是可以获得最多的晶体；
故答案为：（1）温度；水中杂质含量（或水的纯度）；硫酸铜溶液的浓度；医用蒸馏水；较低温度；
（2）64：17：48； Cu₂（OH）₂SO₄ ；
Ⅰ． 铜；氧化亚铜；方案三；
Ⅱ、B； 
Ⅲ、减少晶体溶解．

点评：本题主要考查学生运用所学化学知识综合分析和解决实际问题的能力．增加了学生分析问题的思维跨度，强调了学生整合知识的能力．