Question

4．某小组同学将一定浓度NaHCO₃溶液加入到CuSO₄溶液中发现生成了沉淀．甲同学认为沉淀是CuCO₃；乙同学认为沉淀是CuCO₃和Cu（OH）₂的混合物，他们设计实验测定沉淀中CuCO₃的质量分数．
（1）按照甲同学的观点，发生反应的离子方程式为Cu²⁺+2HCO₃^-=CuCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（2）乙同学认为有Cu（OH）₂生成的理论依据是HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-、Cu²⁺+2OH^-=Cu（OH）₂↓（用离子方程式表示）．
（3）两同学利用如图所示装置进行测定

①在研究沉淀物组成前，须将沉淀从溶液中分离并净化．具体操作依次为过滤、洗涤、干燥．
②装置E中碱石灰的作用是防止空气中CO₂和水蒸气进入装置D．
③实验过程中有以下操作步骤：
a．关闭K₁、K₃，打开K₂、K₄，充分反应
b．打开K₁、K₄，关闭K₂、K₃，通入过量空气
c．打开K₁、K₃，关闭K₂、K₄，通入过量空气
正确的顺序是cab（填选项序号，下同）． 若未进行步骤b，将使测量结果偏低．
为了准确测定水和二氧化碳的质量，是否需要在分液漏斗上部和集气瓶之间连接橡胶管：否．
④若沉淀样品的质量为m g，装置D的质量增加了n g，则沉淀中CuCO₃的质量分数为$\frac{31n}{11m}$×100%．
（4）丙同学认为还可以通过测量CO₂的体积或测量样品质量和样品充分灼烧后的质量来测定沉淀中CuCO₃的质量分数．

Answer 1

分析 （1）按照甲同学的观点，HCO₃^-电离生成H⁺和CO₃^2-，CO₃^2-与Cu²⁺反应生成CuCO₃沉淀，H⁺与HCO₃^-反应生成CO₂和H₂O；
（2）乙同学认为有Cu（OH）₂生成的理论依据NaHCO₃溶液加入到CuSO₄溶液中铜离子交换碳酸氢根离子水解生成的氢氧根离子生成氢氧化铜沉淀，促进水解反应进行；
（3）①将沉淀从溶液中分离并净化，应进行过滤、洗涤和干燥等操作；
②为准确测定生成CO₂的质量，应防止空气中CO₂和水蒸气进入装置；
③为减小实验误差，应先通入过量经NaOH处理的空气，排除装置内的二氧化碳气体，一段时间之后，再进行实验，最后还要通入过量经NaOH处理的空气，使生成的二氧化碳全部被吸收；在分液漏斗上部和集气瓶之间连接橡胶管是为了保持两个装置中气压相等，使硫酸顺利滴下，对准确测定水和二氧化碳的质量没有影响；
④装置D的质量增加了ng，应为CO₂的质量，则n（CuCO₃）=$\frac{ng}{44g/mol}$，以此计算沉淀中CuCO₃的质量分数；
（4）除题中实验方案外，还可以通过测量CO₂的体积或测量样品质量和样品充分灼烧后的质量等方法来测定沉淀中CuCO₃的质量分数．

解答 解：（1）按照甲同学的观点，HCO₃^-电离生成H⁺和CO₃^2-，CO₃^2-与Cu²⁺反应生成CuCO₃沉淀，H⁺与HCO₃^-反应生成CO₂和H₂O，
反应的方程式为：Cu²⁺+2HCO₃^-=CuCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案为：Cu²⁺+2HCO₃^-=CuCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（2）乙同学认为有Cu（OH）₂生成的理论依据是：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-、Cu²⁺+2OH^-=Cu（OH）₂↓；
故答案为：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-、Cu²⁺+2OH^-=Cu（OH）₂↓；
（3）①将沉淀从溶液中分离并净化，应进行过滤、洗涤和干燥等操作，
故答案为：过滤；干燥；
②为准确测定生成CO₂的质量，应防止空气中CO₂和水蒸气进入装置，
故答案为：防止空气中CO₂和水蒸气进入装置D；
③为减小实验误差，应先通入过量经NaOH处理的空气，排除装置内的二氧化碳气体，即打开K₁、K₃，关闭K₂、K₄，通入过量空气，一段时间之后，再关闭K₁、K₃，打开K₂、K₄，充分反应，最后还要通入过量经NaOH处理的空气，使生成的二氧化碳全部被吸收，即打开K₁、K₄，关闭K₂、K₃，通入过量空气，如若未进行步骤b，将使测量结果偏低；在分液漏斗上部和集气瓶之间连接橡胶管是为了保持气压相等，使分液漏斗中硫酸顺利流下，该装置中不需要此操作，且与准确测定水和二氧化碳的质量没有关系，
故答案为：cab； b；否；
④装置D的质量增加了ng，应为CO₂的质量，则n（CuCO₃）=$\frac{ng}{44g/mol}$=$\frac{n}{44}$mol，
则沉淀中CuCO₃的质量分$\frac{31n}{11m}$×100%；
（4）除题中实验方案外，还可以通过测量CO₂的体积或测量样品质量和样品充分灼烧后的质量等方法来测定沉淀中CuCO₃的质量分数，
故答案为：样品质量和样品充分灼烧后的质量．

点评 本题考查学生对实验原理与装置的理解评价、对实验操作的理解、物质含量的测定、化学计算等知识，题目难度中等，是对所学知识的综合运用，需要学生具备扎实的基础知识与分析问题、解决问题能力．