Question

小明家里有一件铜器，由于长期放置在潮湿的环境下生锈了，表面产生许多绿色粉末，小明想探究绿色粉末的组成和铜生锈的条件。

[查阅资料]铜长期暴露在空气中会生锈，表面有绿色粉末生成，俗称铜绿，化学名称：碱式碳酸铜[Cu₂（OH）₂CO₃]。

（1）实验探究铜绿的组成

[提出问题]铜绿由哪些元素组成

[设计与实验]

小明从铜器上取下适量的干燥铜绿，按如图所示装置进行实验。在实验过程中，观察到：绿色粉末变为了黑色粉末，试管口生成水雾，澄清石灰水变浑浊，反应前后称得B装置的质量增加了。

 

通过实验B、C装置的变化可以初步推断铜绿中含_____元素。

[继续提出问题]黑色粉末是什么物质

[猜想与假设]猜想①：黑色粉末可能是氧化铜

猜想②：黑色粉末可能是炭粉

猜想③黑色粉末可能是_____。

[设计实验]向试管中的黑色粉末滴加足量的稀硫酸，请将观察到的反应现象填在表格中的横线上

现象	结论
_____	猜想①正确
黑色粉末未变少，溶液无变化	猜想②正确
黑色粉末变少，溶液变为蓝色	猜想③正确

通过实验得出猜想①正确

[实验结论]通过以上实验得出铜绿是由四种元素组成的。写出铜绿受热分解的化学方程式_____。

（2）探究铜生锈的条件

[猜想与假设]根据铜绿的组成判断，铜绿可能是铜与氧气、水及_____共同作用而形成的

[设计实验]借鉴课本“铁钉生锈条件的探究”实验，小明设计了“铜锈蚀条件的探究实验”，如图所示（所用铜片洁净、光亮）

 

实验较长时间后，发现A试管中铜片生锈明显，其它试管中的铜片变化不明显。通过实验_____（填序号）的对比，得出铜生锈必须与氧气接触。

[实验结论]通过实验，小明得出自己的猜想是正确的。

[拓展与应用]取10g表面生锈的铜样品放入150g的烧杯中，加入50g浓度为15%的稀硫酸，充分反应后，测得总质量为208.9g，则样品中铜的质量为_____g。

Answer

碳、氢、氧（或答C、H、O，但缺一种不得分） 氧化铜和炭粉（写化学式给分）的混合物（或只答氧化铜和炭粉，不写混合物也给分） 黑色粉末全部消失（或溶解），溶液变为蓝色（两点缺一点不给分，没有“全部”两字不得分） 二氧化碳（或写化学式） A和C 4.45

【解析】

根据“绿色粉末变为了黑色粉末，试管口生成水雾，澄清石灰水变浑浊，反应前后称得装置B的质量增加”，根据二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，氧化铜是黑色固体；根据铜绿的主要成分是碱式碳酸铜，受热分解生成氧化铜、水和二氧化碳；根据质量守恒定律和猜想①②，推测猜想③；根据稀硫酸与氧化铜反应生成蓝色溶液；根据实验现象可以判断铜生锈的条件及控制变量法进行对比实验；根据质量守恒定律元素守恒分析作答。

（1）[设计与实验]试管口生成水雾，反应前后称得B装置的质量增加了，说明生成了水，C装置中澄清石灰水变浑浊，说明反应生成了二氧化碳，通过实验B、C装置的变化可以初步推断铜绿中含氢、氧和碳元素；

[猜想与假设]根据质量守恒定律和猜想①②，推测猜想③是氧化铜和炭粉的混合物；

[设计实验]猜想①是只有氧化铜，根据稀硫酸与氧化铜反应生成硫酸铜蓝色溶液和水，所以现象是黑色粉末全部消失（或溶解），溶液变为蓝色；

[实验结论]根据以上分析知道，铜绿受热产生了氧化铜、水和二氧化碳，则铜绿受热分解的化学方程式；

（2）[猜想与假设]根据铜绿的组成和质量守恒定律判断，铜绿可能是铜与氧气、水及二氧化碳共同作用而形成的；

[设计实验] 实验较长时间后，发现A试管中铜片生锈明显，其它试管中的铜片变化不明显；A试管中的环境是铜与氧气、水及二氧化碳，条件齐全所以生锈明显，要得出铜生锈必须与氧气接触，根据控制变量法另一实验必须缺少氧气，即C试管中的环境是铜、水及二氧化碳，所以通过实验A和C的对比，得出铜生锈必须与氧气接触；

[拓展与应用] 根据质量守恒定律反应产生的二氧化碳的质量是：10g+150g+50g-208.9g=1.1g，

设碱式碳酸铜的质量为x，根据质量守恒定律有：

，解得x=5.55g，则样品中铜的质量为10g-5.55g=4.45g。