Question

【题目】碱式碳酸铜可用作木材防腐剂、水体杀藻剂等，研究性学习小组设计以下方案制备碱式碳酸铜并进行相关实验探究。

Ι．以铜屑为原料制备碱式碳酸铜的装置如下：

步骤1 连接好装置，检查装置的气密性，装药品。

步骤2 往三颈烧瓶中加入适量的浓硝酸，使铜屑完全反应。

步骤3 往步骤2反应后的溶液中加入一定比例的Na2CO3和NaOH的混合液，加热。

步骤4 将三颈烧瓶中的混合物过滤、洗涤、烘干，获得产物。

已知：ⅰ．碱式碳酸铜为草绿色或绿色结晶物，易溶于酸，不溶于水，在100℃的水中易分解；

ⅱ．NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O，2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O；

NO不能单独与NaOH溶液反应。

（1）步骤2中浓硝酸与铜屑反应的离子方程式为___________________。

（2）步骤2反应一段时间后，须打开止水夹，通入一段时间的空气，目的是_______。

（3）步骤3对装置A的加热方式最好采用____________。

（4）装置Ι中仪器a的名称为____，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个装置不能替代图1中B装置的是_____（填装置序号）。

（5）欲检验步骤4获得的产物中是否含有NO3-，所需的试剂可以是__________。

Ⅱ．探究在一定温度下，不同的原料配比对产物的影响，实验数据如下：

实验序号	V[Cu(NO3)2] /mL （0.5 mo1·L-1）	V(NaOH) / mL （0.5 mo1·L-1）	V(Na2CO3)/ mL （0.25 mo1·L-1）	沉淀数量	沉淀颜色
1	2.0	2.0	1.6	+	浅绿色
2	2.0	2.0	2.0	+ +	浅绿色
3	2.0	2.0	2.4	+ + +	蓝色
4	2.0	2.0	2.8	+ + +	蓝色

注：“+”越多表示沉淀量越多

（6）分析表格数据可得：制备碱式碳酸铜最佳的原料配比n[Cu(NO3)2]:n(NaOH) : n(Na2CO3) =___。

Ⅲ．产物组成的测定

（7）碱式碳酸铜的成分有多种，化学式可表示为mCu(OH)2·n CuCO3。为测定Ι中所得碱式碳酸铜的组成，学习小组同学准确称取3.820 g样品溶于适量的硫酸中，加水配成l00 mL溶液，取l0.00 mL溶液于锥形瓶中，加适量水稀释，调节溶液pH至3～4，加入过量的KI（2 Cu2+ + 4 I- = 2 CuI↓ + I2），用0.l000 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定（2 S2O32- + I2 = 2I- + S4O62-），接近终点时，加入淀粉指示剂，继续滴定至终点，蓝色消失。进行平行实验后，测得平均消耗Na2S2O3标准溶液的体积为35.00 mL。该碱式碳酸铜的化学式为_____

Answer 1

【答案】Cu + 4H+ + 2NO3－ = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O 使装置中有毒气体被NaOH溶液完全吸收 水浴加热 干燥管或球形干燥管 Ⅲ 硫酸、铜片（或其他合理答案） 2:2:1 4Cu(OH)2·3CuCO3

【解析】

Ι．（1）浓硝酸与铜反应生成硝酸铜、二氧化氮与水；

（2）反应一段时间后生成有毒的气体氮氧化物，据此分析作答；

（3）依据给定的碱式碳酸铜的特性作答；

（4）根据仪器构造分析；B装置需要防倒吸，据此考虑作答；

（5）硝酸根离子在酸性条件下具有氧化性，可与铜反应生成NO；

Ⅱ．（6）根据已知碱式碳酸铜的颜色结合实验结果作答；

Ⅲ．（7）根据滴定过程中各物质的量之间的关系，列出关系式得出溶液中铜离子的物质的量，再结合质量列出方程组求出m和n的值得出结论。

Ι．（1）步骤2中浓硝酸与铜屑反应的离子方程式为Cu + 4H+ + 2NO3－ = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O；

（2）步骤2反应一段时间后，会生成有毒气体二氧化氮（可能含NO），为了使气体被氢氧化钠充分吸收，须打开止水夹，通入一段时间的空气，故答案为：使装置中有毒气体被NaOH溶液完全吸收；

（3）因碱式碳酸铜在100℃的水中易分解，所以步骤3对装置A的加热方式最好采用水浴加热；

（4）装置Ι中仪器a的名称为干燥管或球形干燥管；装置Ι中干燥管可防倒吸，装置Ⅱ中倒置的漏斗也可起到防倒吸作用，装置Ⅲ中苯的密度比水小，在水的上层，不能起到防倒吸作用，故答案为：Ⅲ；

（5）欲检验步骤4获得的产物中是否含有NO3-，所需的试剂可以是硫酸、铜片（或其他合理答案）；

Ⅱ．（6）碱式碳酸铜为草绿色或绿色结晶物，根据实验数据可以看出，实验2的沉淀量最多，实验3和4得到的沉淀为蓝色沉淀，则制备碱式碳酸铜最佳的原料配比n[Cu(NO3)2]:n(NaOH) : n(Na2CO3) =0.5mol/L:0.5 mol/L:0.25 mol/L =2:2:1；

Ⅲ．（7）由2Cu2++4I-═2CuI（白色）↓+I2、2S2O32-+I2═2I-+S4O62-可知，
反应的定量关系为：2Cu2+～I2 ～2S2O32-，所以n(Cu2+)=n(S2O32-)=0.100 0molL-1×0.03500L=3.5×10-3mol，
100mL溶液中含铜元素物质的量为3.5×10-3mol×=3.5×10-2mol，则m+n=3.5×10-2mol，又样品质量为3.820 g，所以98m+124n=3.820g，联立方程可得m=0.020mol，n=0.015mol，所以m:n=4:3，故碱式碳酸铜的化学式可表示为：4Cu(OH)2·3CuCO3。