Question

将过量的Na₂CO₃溶液滴入到一定量CuSO₄溶液中得到蓝色固体。某研究性学习小组对固体沉淀的成分进行了如下探究。请完成下列各题：

（一）猜想与假设：

猜想一：固体为CuCO₃，理由：                （用化学反应方程式表示）。

猜想二：固体为Cu(OH)₂，理由：Na₂CO₃溶液呈      （填“酸”或“碱”）性。

猜想三：固体为Cu(OH)₂和CuCO₃的混合物。

（二）资料查阅：

①结晶水合物受热后易失去结晶水，如CuSO₄•5H₂OCuSO₄ ＋ 5H₂O↑；

②Cu(OH)₂、CuCO₃受热易分解，各生成对应的两种氧化物。

③无水氯化钙可做吸水剂；碱石灰的主要成分为氢氧化钠固体和氧化钙

（三）设计与实验：

Ⅰ．固体的获取：

（1）将反应后的固、液混合物经      、洗涤、室温晾干得蓝色固体。 

Ⅱ．用下图所示方案，初步定性探究固体的成分。

（2）无色气体为         

（3）加入足量铁屑发生反应的方程式为                    、                   

结论：猜想     不成立。

Ⅲ．固体组成定量测定：

设固体为aCu(OH)₂•bCuCO₃•cH₂O，为测定其组成，称取24.0 g蓝色固体。继续进行实验：

【实验步骤】

图中注射器处为两个单向阀：推注射器时a关闭，b处打开；拉注射器时，a打开进空气，b关闭。

实验步骤 ①组装好装置，检查气密性；②反复推拉注射器；③称量B、C、D、E、F的质量；④关闭弹簧夹，加热B处试管直到反应不再进行；⑤打开弹簧夹，再次反复缓缓推拉注射器；⑥再次称量B、C、D、E、F的质量。

问题探究：

（4）写出Cu(OH)₂、CuCO₃分解的化学方程式                   、                   。

样品分解的总反应方程式                                     。

说明装置B中样品没有完全反应的现象是                      

（5）D中的药品为         ，作用是                            。

（6）进行步骤⑤的操作，是为了              ，该操作中推注射器时缓缓的目的是           。

数据处理：

	B	C	D	E	F
反应前	124.0g	250.0g	300.0g	350.0g	360.0g
反应后	116.0g	253.6g	304.2g	350.2g	360.0g

（7）据下表数据，E装置质量增加的原因是         ；24.0g固体分解出水的质量为      g,；

（8）求该固体的化学式中 a:b:c=                。（写出计算过程，4分）

Answer

（一）猜想与假设：

（2分）猜想一： CuSO4+2NaOH= Cu (OH)2↓＋Na2SO4 猜想二：碱性

（三）设计与实验：

（1）（1分）过滤（2）（1分）二氧化碳（CO2）

（3）（2分）Fe＋H2 SO4==Fe SO4＋H2↑     Fe＋CuSO4==Fe SO4＋Cu

     （1分）结论：猜想 二 不成立。

Ⅲ．固体成分定量测定：

问题探究：

（4）（4分）Cu(OH)2 CuO＋H2O↑；CuCO3 CuO＋CO2↑；

aCu(OH)2•bCuCO3•cH2O (a＋b)CuO＋a H2O↑＋bCO2↑。B中固体没有完全变黑（或装置C、装置D的质量还在变化）

（5）（2分）氢氧化钠溶液（氢氧化钾或氢氧化钡等），吸收B中生成的二氧化碳。

（6）（2分）将B中生成气体完全排出（使C、D充分吸收）；防止气流过快，C、D不能充分吸收。

数据处理：

（7）（2分）气流带出D中水蒸气；3.6  g,；

（8）（4分）a:b:c=1:1:1。（评分建议：①分步解答求出碳酸铜、氢氧化铜、结晶水质量各得1分，求出比值的1分；②依据总反应方程式计算或其他合理解法，均请分步给分）

【解析】（一）猜想与假设：反应物是硫酸铜和碳酸钠，生成物是碳酸铜沉淀和硫酸钠；碳酸钠虽然属于盐但是显碱性，俗称为纯碱；

（三）设计与实验：（1）不溶于液体的固体和液体分离的方法是过滤；（2）由于二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以无色气体是二氧化碳；

（3）由于加入的硫酸是过量的，所以加入铁后，铁与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，氢气后面标上上升符号；由于前面加入硫酸后生成了硫酸铜，所以加入铁后，铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁；因为加入硫酸后产生气体，说明其中需要含有碳酸根离子，而猜想二中没有碳酸根，所以不成立；

（4）根据Cu（OH）2、CuCO3受热易分解，各生成对应的两种氧化物，所以氢氧化铜分解的生成物是氧化铜和水，反应条件是加热；碳酸铜分解后生成氧化铜和二氧化碳，二氧化碳后面标上上升符号，反应条件是加热；根据氢氧化铜和碳酸铜受热分解的生成物，可知aCu（OH）2•bCuCO3•cH2O分解的生成物是氧化铜、水、二氧化碳；用观察法配平，二氧化碳后面标上上升符号；

（5）因为D中的药品主要是用来吸收二氧化碳的，由于二氧化碳易与碱性溶液反应，所以用氢氧化钠溶液吸收即可；

（6）进行步骤⑤的操作，是为了将B中生成气体完全排出（使C、D充分吸收），防止产生误差；该操作中推注射器时缓缓的目的是防止气流过快，C、D不能充分吸收；

（7）由于浓硫酸具有吸水性，所以E装置质量增加的原因是有水，气流带出D中水蒸气造成的；无水氯化钙可做吸水剂，所以无水氯化钙质量的增加量就是生成水的质量：253.6g-250g=3.6g；

（8）根据氧的个数相等：2a+3b+c=a+b+2a+2c+2b解得a=c，再将其带入方程式，推出a=b，所以a：b：c=1：1：1．