Question

碱式碳酸铜是一种化工原料，化学式用mCu(OH)₂·nCuCO₃表示。实验室以废铜屑为原料制取碱式碳酸铜的步骤如下：

Ⅰ.废铜屑制硝酸铜

方案1：将铜屑在空气中充分灼烧，残留固体溶于稀硝酸；

方案2：如图1(夹持仪器已省略)。将浓硝酸缓慢加到废铜屑中(废铜屑过量)，充分反应后过滤，得到硝酸铜溶液。

方案3：将方案2中浓硝酸换成稀硝酸，其他不变。

Ⅱ.碱式碳酸铜的制备

①向大试管中加入碳酸钠溶液和硝酸铜溶液

②水浴加热至70 ℃左右

③用0.4 mol·L^－1的NaOH溶液调节pH至8.5，振荡、静置、过滤

④用热水洗涤、烘干，得到碱式碳酸铜产品

请回答下列问题：

(1)按方案1实验，必须选择的下列仪器有________(填序号)。

(2)图2中能分别替代图1中B和C装置的是________(填装置序号)。

(3)已知：NO＋NO₂＋2NaOH=2NaNO₂＋H₂O；2NO₂＋2NaOH=NaNO₃＋NaNO₂＋H₂O，NO不能单独与NaOH溶液反应，实验结束时，如何操作才能使装置中的有毒气体被NaOH溶液完全吸收？_________________________。

(4)步骤④中洗涤的目的是________________________________________。

(5)步骤③过滤后的滤液中含有CO₃^2—，检验CO₃^2—的方法是

_______________________________________________。

(6)测定碱式碳酸铜组成的方法主要有两种：

方法1　灼烧法：取34.6 g纯净物mCu(OH)₂·nCuCO₃，在硬质试管里灼烧，将气体产物依次通入足量的浓硫酸、足量的碱石灰中，完全吸收后浓硫酸净增1.8 g，碱石灰净增8.8 g。

方法2　还原法：在氢气中加强热，测反应前后固体的质量。

①利用上述数据推算碱式碳酸铜的化学式_________________________。

②配平化学方程式：mCu(OH)₂·nCuCO₃＋________H₂ ________Cu＋________CO₂＋________H₂O

Answer

(1)abe (2)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ (3)关闭活塞b，打开活塞a，通入一段时间空气 (4)除去产品表面杂质 (5)取少量滤液于试管中，加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中，溶液变浑浊，说明滤液中含有CO32—

(6)①Cu(OH)2·2CuCO3 ②(m＋n) (m＋n) n (2m＋n)

【解析】(1)灼烧固体需要的仪器有坩埚、三脚架、泥三角、玻璃棒、酒精灯；溶解固体需要的仪器有烧杯、玻璃棒。(2)B用作安全瓶，C用于吸收氮的氧化物，替代B和C的装置必须具有吸收氮的氧化物和防倒吸双重功能。Ⅰ、Ⅱ装置能防倒吸，Ⅲ装置烧杯中的下层液体为四氯化碳，氮的氧化物不溶于四氯化碳，不会导致装置内的气压急剧减小，当氮的氧化物从四氯化碳层进入烧碱溶液中，被氢氧化钠溶液吸收，Ⅲ装置既可以防倒吸，又能使氮的氧化物被吸收。(3)根据所给反应方程式知，通入足量的空气，使一氧化氮转化成二氧化氮能被完全吸收。(4)固体产品表面会吸附一些杂质，洗涤可除去碱式碳酸铜表面的杂质。(5)用盐酸和CO32—反应生成CO2，再用澄清石灰水检验二氧化碳。(6)①浓硫酸吸收生成的水，碱石灰吸收生成的二氧化碳，则：n(CO2)＝8.8/44＝0.2 mol，n(H2O)＝1.8/18＝0.1 mol。灼烧碱式碳酸铜的反应方程式为mCu(OH)2·nCuCO3(m＋n)CuO＋mH2O＋nCO2↑，故m/n＝0.1/0.2＝1/2。该碱式碳酸铜的化学式为Cu(OH)2·2CuCO3。

②根据题给方程式和氧原子守恒知，氧原子的计量数为(2m＋3n)－2n＝2m＋n，即水的计量数为2m＋n，由水的计量数推知氢分子的计量数： ＝m＋n，则化学方程式为mCu(OH)2·nCuCO3＋(m＋n)H2 (m＋n)Cu＋nCO2＋(2m＋n)H2O。