Question

小霖、小磊、小娴三位同学一起对碱式碳酸铜Cu₂（OH）₂CO₃受热分解后的黑色固体产物的成分进行探究．他们称取5.0g碱式碳酸铜，在试管中加热使之完全分解，冷却至室温，称量黑色固体产物质量为3.6g．
他们对黑色固体产物做出了以下猜想：①可能是氧化铜；②可能是炭粉；③可能是氧化铜和炭粉的混合物．
他们做出以上猜想的依据是______．
（1）小霖设计的实验方案是：向盛有少量该物质黑色固体的试管中加入足量的稀硫酸，充分振荡．静置后观察现象，如果猜想①正确，现象应是______．
（2）小磊进一步思考后，根据碳的化学性质，认为猜想③可以排除，他的理由是______．
（3）小娴通过对得到的实验数据进行计算．排除了猜想②，她的理由是______．
（4）科学探究的方法和途径有多种，若证明某黑色粉末确有氧化铜和炭粉组成．请设计实验，完成下表：

步      骤	现      象	结论（化学方程式）
______	______	______

 2Cu+CO₂↑，Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O

Answer

探究性题目的做法是大胆推测，但要有合理的依据，不能凭空猜想；根据质量守恒定律可知，碱式碳酸铜[Cu2（OH）2CO3]的产物是有Cu、O、H、C中的一种或多种元素组合而成；根据题目信息（黑色粉末）可知，黑色物质可以是题目所说的三种情况．
（1）根据氧化铜、碳和硫酸的性质及其产物的颜色即可．
（2）碳和氧化铜在高温情况下会发生反应进行分析判断．
（3）依据反应前后元素的守恒定律分析判断；
（4）依据碳和氧化铜在高温情况下会发生反应的产物性质进行设计即可．
【解析】
根据质量守恒定律可知，反应前后元素的种类不变；碱式碳酸铜[Cu2（OH）2CO3]的产物是有Cu、O、H、C中的一种或多种元素组合而成；结合题目信息（黑色粉末）可知，氧化铜和碳都是黑色固体；所以黑色物质可以是题目所说的三种情况；故答案为：化学变化过程中元素不变，且氧化铜和炭粉都是黑色固体．
（1）氧化铜和稀硫酸反应生成硫酸铜和水，硫酸铜水溶液的颜色是蓝色的，所以现象应该是试管中溶液变成蓝色，黑色固体消失（或没有黑色固体剩余）．
（2）氧化铜和碳在高温条件下发生反应生成铜和二氧化碳，所以在高温条件下，氧化铜和碳不会同时存在，所以理由是在加热的条件下，氧化铜和单质碳能发生反应．
（3）根据质量守恒定律可知，反应前后元素的种类、质量均不发生改变；依据碱式碳酸铜的化学式是Cu2（OH）2CO3，可知反应前的碳的质量是：5.0×（×100%）═0.27g，但是黑色粉末的质量是3.6g，因此排除②．
（4）假如是氧化铜和碳的混合物，它们在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳的性质非常特殊，那就是通入澄清石灰水会使石灰水变浑浊．以此设计实验即可
故答案为：化学变化过程中元素不变，且氧化铜和炭粉都是黑色固体．
（1）试管中溶液变蓝色，黑色固体消失
（2）炭粉在高温条件下能与氧化铜反应生成铜与二氧化碳
（3）5.0gCu2（OH）2CO3含碳元素的质量：=0.27，因为0.27g＜3.6g，故②错误
（4）
步 骤 现 象 结论（化学方程式）
取黑色粉末放于试管中加强热，并将生成气体通入澄清石灰水中 粉末由黑色变成红色，石灰水变浑浊 2CuO+C2Cu+CO2↑，Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O