Question

15．某化学兴趣小组获得一块20g的固体．老师告诉他们该固体的组成可以表示为Cu_x（OH）_yCO₃且每种元素只有一种价态，取4.44g该固体加热分解，可以收集到水蒸气和二氧化碳，并且生成不溶于水的黑色固体 zg，经测定黑色固体中只含有铜、氧两种元素，另取2.22g固体投人250mL0.2mol•L^-1盐酸中，得到标准状况下气体224mL，最后将所得溶液的体积稀释至 400mL，测得c（Cu²⁺）=0.05mL•L^-1，请完成下列各题，写出简要的计算过程和必要的化学方程式．
（1）计算Cu_x（OH）_yCO₃中的x=2y=2
（2）计算将zg黑色固体用盐酸溶解需要0.2mol•L^-1盐酸的体积至少是多少毫升？
（3）计算将所得溶液的体积稀释至400mL时，H⁺的物质的量浓度．

Answer 1

分析 （1）取2.22g固体投人250mL0.2mol•L^-1盐酸中，得到标准状况下气体224mL，得到的气体是二氧化碳，n（CO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，c（Cu²⁺）=0.05mL•L^-1，该溶液中n（Cu²⁺）=0.05mol/L×0.4L=0.02mol，同一化学式中，各微粒之比等于其物质的量之比，所以C、Cu原子个数之比=0.01mol：0.02mol=1：2，则x=2；
根据C原子守恒得n[Cu_x（OH）_yCO₃]=n（CO₂）=0.01mol，则M[Cu_x（OH）_yCO₃]=$\frac{2.22g}{0.01mol}$=22g/mol，y=$\frac{222-64×2-60}{17}$=2，所以y=2；
（2）根据（1）知，2.22g Cu₂（OH）₂CO₃的物质的量是0.01mol，4.44g Cu₂（OH）₂CO₃的物质的量是0.02mol，碱式碳酸铜受热分解生成二氧化碳、水和黑色物质，该反应中没有元素化合价变化，所以生成的黑色物质是CuO，根据Cu原子守恒得n（CuO）=n[Cu₂（OH）₂CO₃]=0.02mol，根据CuO+2HCl=CuCl₂+H₂O计算消耗盐酸体积；
（3）根据Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+CO₂↑+3H₂O计算消耗盐酸的物质的量，从而确定剩余盐酸物质的量，根据c=$\frac{n}{V}$计算稀释后氢离子浓度．

解答 解：（1）取2.22g固体投人250mL0.2mol•L^-1盐酸中，得到标准状况下气体224mL，得到的气体是二氧化碳，n（CO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，c（Cu²⁺）=0.05mL•L^-1，该溶液中n（Cu²⁺）=0.05mol/L×0.4L=0.02mol，同一化学式中，各微粒之比等于其物质的量之比，所以C、Cu原子个数之比=0.01mol：0.02mol=1：2，则x=2；
根据C原子守恒得n[Cu_x（OH）_yCO₃]=n（CO₂）=0.01mol，则M[Cu_x（OH）_yCO₃]=$\frac{2.22g}{0.01mol}$=22g/mol，y=$\frac{222-64×2-60}{17}$=2，所以y=2，
故答案为：x=y=2；
（2）根据（1）知，2.22g Cu₂（OH）₂CO₃的物质的量是0.01mol，4.44g Cu₂（OH）₂CO₃的物质的量是0.02mol，碱式碳酸铜受热分解生成二氧化碳、水和黑色物质，该反应中没有元素化合价变化，所以生成的黑色物质是CuO，根据Cu原子守恒得n（CuO）=n[Cu₂（OH）₂CO₃]=0.02mol，根据CuO+2HCl=CuCl₂+H₂O得消耗盐酸体积=$\frac{0.02mol×2}{0.2mol/L}$=0.2L=200mL，
答：消耗盐酸体积为200mL；
（3）根据Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+CO₂↑+3H₂O得溶解0.01molCu₂（OH）₂CO₃消耗盐酸0.04mol，n（HCl）（剩余）=0.2mol/L×0.25L-0.04mol=0.01mol，c（H⁺）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.01mol}{0.4L}$=0.025mol/L，
答：稀释后溶液中氢离子浓度为0.025mol/L．

点评 本题考查化学方程式的有关计算，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，明确各个物理量之间关系是解本题关键，利用原子守恒分析解答即可，难点是x、y值的确定．