Question

17．碱式碳酸铜可用于有机催化剂、杀虫剂及饲料中铜的添加剂，还可用于烟火和颜料制造．CuSO₄溶液与Na₂CO₃溶液反应能否得到碱式碳酸铜？某班同学进行相关探究．
【沉淀制备】
称取12.5 g胆矾溶于87.4 mL蒸馏水中，滴4滴稀硫酸，充分搅拌后得到CuSO₄溶液．向其中加入适量Na₂CO₃溶液，将所得蓝绿色悬浊液过滤，用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤．
（1）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）用无水乙醇洗涤的目的是利用乙醇易挥发的性质带走沉淀上面的水．
【实验探究】
同学们设计了如图装置，用制得的蓝绿色固体进行实验：
（3）D装置加热前，需要首先打开活塞K，用A装置制取适量N₂，然后关闭K，点燃D处酒精灯．A中产生N₂的作用是排除装置中的空气，避免干扰，C中盛装的试剂应是浓硫酸．
（4）装置A中发生反应的离子方程式为NO₂^-+NH₄⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O  ．
（5）若蓝绿色固体的组成为xCuCO₃•yCu（OH）₂，实验能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  ．
（6）同学们查阅文献知：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代替Ca（OH）₂来定量测定蓝绿色固体的化学式，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
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27.1 g，装置F中使用Ba（OH）₂溶液，实验结束后，装置E的质量增加2.7 g，F中产生沉淀19.7 g．则该蓝绿色固体的化学式为2CuCO₃•3Cu（OH）₂或3Cu（OH）₂•2CuCO₃或Cu₅（OH）₆（CO₃）₂．

Answer 1

分析 （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）乙醇易挥发，可带走水；
（3）通入N₂的目的是排除装置中的空气；C瓶干燥气体；
（4）A中的反应为亚硝酸根与铵根离子价态归中生成氮气；
（5）蓝绿色固体的组成为xCuCO₃•yCu（OH）₂，则分解生成氧化铜、水、二氧化碳；
（6）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； 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×$\frac{160}{160+90}×100%$=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$\frac{8g}{99.9g}×100%$=8%；
故答案为：抑制Cu²⁺水解，防止溶液变浑浊；8.0%；
（2）乙醇易挥发，可带走沉淀上面的水；
故答案为：利用乙醇易挥发的性质带走沉淀上面的水；
（3）通入N₂的目的是排除装置中的空气，C瓶装浓硫酸干燥氮气；
故答案为：排除装置中的空气，避免干扰；浓硫酸；
（4）A中的反应为亚硝酸根与铵根离子价态归中生成氮气，发生的离子方程式为：
NO₂^-+NH₄⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O；
故答案为：NO₂^-+NH₄⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+2H₂O；
（5）若蓝绿色固体的组成为xCuCO₃•yCu（OH）₂，则分解生成黑色氧化铜、水、二氧化碳，则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；
（6）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；
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$\frac{2.7g}{18g/mol}$=0.15mol，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$\frac{19.7g}{197g/mol}$=0.1mol，氧化铜的物质的量=（271．g-2.7g-0.1mol×44g/mol）÷80g/mol═0.25mol，则铜离子、氢氧根离子和碳酸根离子的物质的量之比=0.25mol：0.3mol：0.1mol=5：6：2，所以其化学式为：2CuCO₃•3Cu（OH）₂或3Cu（OH）₂•2CuCO₃或Cu₅（OH）₆（CO₃）₂；
故答案为：b d；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或3Cu（OH）₂•2CuCO₃或Cu₅（OH）₆（CO₃）₂．

点评 本题考查了探究物质的组成和含量的测定，明确物质性质是解答关键，难点是化学式的确定，题目难度中等．