Question

銅及其化合物是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中常用的物質(zhì)，下面是對銅及其化合物的探究．
問題一：硫酸銅溶液的配制
小明同學(xué)在實驗室配制硫酸銅溶液時意外地發(fā)現(xiàn)有時會出現(xiàn)少量白色渾濁，對此，他和化學(xué)興趣小組同學(xué)作出如下探究．

配置用水	有渾濁	有渾濁
自來水	無渾濁	有渾濁
市售純凈水	無渾濁	有渾濁
醫(yī)用純凈水	無渾濁	無渾濁

試驗編號	1	2	3	4	5	6	7
飽和溶液	2	4	6	8	16	32	128
現(xiàn)   象	白色渾濁→澄清

圖 1
（1）形成渾濁條件分析：小明分別作出如圖1配制方式，并記錄現(xiàn)象如下：
另外，他將配好的飽和且澄清的硫酸銅溶液滴入純凈水中有如上現(xiàn)象，在配制過程中形成白色渾濁的因素可能有

 

、

 

、

 

等，因此，在實驗室配制硫酸銅溶液時要用的配制用水是

 

 （選填“自來水、市售純凈水、醫(yī)用蒸餾水”）、在

 

（選填“較低溫度、較高溫度”）下配制稍濃些的硫酸銅溶液．
（2）白色渾濁成分分析．
[查閱資料]同學(xué)們上網(wǎng)查閱資料獲知：此白色沉淀是一種名為堿式硫酸銅的物質(zhì)，它可溶于酸，其有多種可能的組成，如Cu₂（OH）₂SO₄、Cu₃（OH）₄SO₄或Cu₄（OH）₆SO₄等．為確定此次得到的白色沉淀究竟是哪種組成，小明設(shè)計實驗如下：
[設(shè)計實驗]稱取5.16g白色沉淀，分成兩等份：一份溶于足量的 中，向溶液中滴加足量的氯化鋇溶液，過濾、洗滌、干燥，得2.33g白色固體；將另一份固體在空氣中充分灼燒得到黑色固體1.60g．
[得出結(jié)論]通過計算確定該白色沉淀中Cu²⁺、OH^-、SO₄^2-的質(zhì)量比為

 

，其化學(xué)式為

 

． （寫出計算過程，共4分）
問題二：氫氧化銅與葡萄糖反應(yīng)產(chǎn)物的分析
利用新制氫氧化銅可以驗證葡萄糖的存在．下面是三個研究性學(xué)習(xí)小組分別從不同層面對此實驗開展的研究性學(xué)習(xí)活動：
Ⅰ．研究性學(xué)習(xí)小組甲對教材實驗結(jié)論葡萄糖與新制氫氧化銅反應(yīng)生成的紅色沉淀是Cu2O，提出質(zhì)疑，他們認(rèn)為紅色沉淀不一定是氧化亞銅．為了確定紅色沉淀的成分，開展了如下研究：
提出猜想：紅色沉淀可能是

 

、

 

或二者混合物．
查閱資料：①氧化亞銅能與酸反應(yīng)，得到+2價的銅離子和單質(zhì)銅；②在空氣中灼燒氧化亞銅生成氧化銅；③銅能與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、水和一氧化氮．
設(shè)計方案：方案1：取該紅色沉淀溶于足量的稀硝酸中，觀察溶液顏色變化；
方案2：取該紅色沉淀溶于足量的稀硫酸中，觀察是否有殘渣；
方案3：稱取紅色沉淀a g，在空氣中充分灼燒至完全變黑，并在干燥器里冷卻，再稱重，反復(fù)多次直到固體恒重，稱得質(zhì)量為b g，比較a、b關(guān)系；
你認(rèn)為合理的方案是

 

．
Ⅱ．研究性學(xué)習(xí)小組乙針對小組甲的質(zhì)疑，設(shè)計新的探究方案，裝置如圖2所示．

①通入氫氣體積　�、诜磻�(yīng)前，紅色沉淀+硬質(zhì)玻璃管的總質(zhì)量
③完全反應(yīng)后，紅色固體+硬質(zhì)玻璃管的總質(zhì)量　�、軐嶒炃�，干燥管（含其中固體）質(zhì)量
⑤硬質(zhì)玻璃管質(zhì)量　�、掬\粒質(zhì)量　�、呦×蛩嶂泻�溶質(zhì)的量　�、鄬嶒灪螅�干燥管（含其中固體）質(zhì)量　�。ㄒ阎獨錃庠诩訜釛l件下能與金屬氧化物發(fā)生置換反應(yīng)，且假設(shè)反應(yīng)能完全進行）
A．②④⑤⑧B．②③⑤C．①⑥⑦D．①②⑤
你認(rèn)為需要測定上述

 

 （選擇正確的字母填空）即可確定上述紅色沉淀成分．
Ⅲ．研究性學(xué)習(xí)小組丙上網(wǎng)查閱得知，“2005年諾貝爾化學(xué)獎授予了三位研究綠色化學(xué)的科學(xué)家”．綠色化學(xué)強調(diào)對環(huán)境友好，實現(xiàn)零排放．“變廢為寶”符合綠色化學(xué)要求．他們收集上述紅色沉淀制備化學(xué)試劑--膽礬（CuSO₄?5H₂O）．他們設(shè)計了一個簡單且符合綠色化學(xué)要求的實驗方案：將紅色固體反復(fù)灼燒后，用足量稀硫酸溶解，再將所得溶液蒸發(fā)結(jié)晶，減壓過濾，用少量95%的酒精淋洗晶體，晾干或用濾紙吸干．晶體用酒精淋洗而不用水洗的好處是：

 

．

Answer 1

分析：問題一：
（1）觀察表一，在10℃時，分別用自來水、市售純凈水、醫(yī)用蒸餾水配制硫酸銅溶液，自來水有渾濁，另外兩個無渾濁；說明有無渾濁現(xiàn)象與所選用的“水”有關(guān)，再細(xì)想這三種水的區(qū)別在于它們的純度不同．自來水純度最低，醫(yī)用蒸餾水純度最高．所以得出第一影響因素是水的純度．
用市售純凈水配制硫酸銅溶液時，在10℃無渾濁，30℃時有渾濁，說明渾濁的形成與溫度有關(guān)．
觀察表二，當(dāng)把飽和且澄清的硫酸銅溶液滴入一定量的純凈水時，濃度越來越大．說明渾濁與溶液的濃度有關(guān)．
（2）白色渾濁分析
題目中告訴我們，堿式硫酸銅溶于酸，所以我們應(yīng)該聯(lián)想到“一份溶于足量的__________中”填酸，常見的酸有稀鹽酸、稀硫酸，但這里不能用稀硫酸，因為加入的稀硫酸也能與后面加入的氯化鋇反應(yīng)生成沉淀，使沉淀偏大．鹽酸與堿式硫酸銅反應(yīng)生成氯化銅、水和硫酸銅．
根據(jù)書寫方程式的步驟：寫出反應(yīng)方程式；
氯化鋇與硫酸銅反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CuSO₄+BaCl₂═BaSO₄↓+CuCl₂ ；
分別減少2.33g硫酸鋇中硫酸根（SO₄^2-）的質(zhì)量；1.6gCuO中銅元素的質(zhì)量（即Cu²⁺的質(zhì)量）；一份白色沉淀中的質(zhì)量；
即可求白色沉淀中Cu²⁺、OH^-、SO₄^2-的個數(shù)比；從而確定白色沉淀的化學(xué)式；
問題二：氫氧化銅與葡萄糖反應(yīng)產(chǎn)物的分析
Ⅰ、緊緊圍繞“紅色”來猜想，因為銅也是紅色的，所以紅色沉淀可能是Cu、Cu₂O或者二者混合物．
【設(shè)計方案】：方案1：由于Cu、Cu₂O都能與稀硝酸反應(yīng)，進行分析；
方案2：Cu₂O與稀硫酸反應(yīng)有Cu生成，有殘渣，Cu不與稀硫酸反應(yīng)有殘渣，進行解答；
方案3：銅在空氣中灼燒生成CuO，Cu₂O在空氣中灼燒也生成氧化銅，但兩者增加的質(zhì)量不同；用極值法進行分析解答；
確定紅色沉淀物；
Ⅱ、解答此題時，應(yīng)知道測定的原理；用此裝置測定物質(zhì)組成通常在如下兩種途徑：
氫氣與Cu₂O反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu₂O+H₂

△   .

2Cu+H₂O．
結(jié)合裝置圖和化學(xué)方程式，硬質(zhì)玻璃管+其中固體在反應(yīng)前后質(zhì)量差是Cu₂O中O的質(zhì)量，通過氧的質(zhì)量可求出Cu₂O的質(zhì)量，再進一步判斷是否含有Cu；
一般不用測氫氣的體積、鋅粒、稀硫酸中溶質(zhì)的方法，因為在用氫氣還原金屬氧化物時，通常需要先通一段時間氫氣，反應(yīng)后還要再通一段時間氫氣，再加上氫氣并不都能與金屬氧化物反應(yīng)，部分氫氣會白白浪費掉，所以實際參加反應(yīng)氫氣的量很難測定．
Ⅲ、根據(jù)硫酸銅能溶于水但不能溶于酒精，進行分析解答．

解答：解：問題一：
（1）在配制過程中形成白色渾濁的因素可能有：溫度、水中雜質(zhì)含量（或水的純度）、硫酸銅溶液的濃度；
在實驗室配制硫酸銅溶液時要在低溫下用醫(yī)用蒸餾水配制；
（2）氯化鋇與硫酸銅反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CuSO₄+BaCl₂═BaSO₄↓+CuCl₂ ．
2.33g硫酸鋇中硫酸根（SO₄^2-）的質(zhì)量為：2.33×

32+16×4

137+32+16×4

×100%=2.33×

96

233

×100%=0.96g；
堿式硫酸銅在空氣灼燒產(chǎn)物為CuO、H₂O、SO₃．
1.6gCuO中銅元素的質(zhì)量（即Cu²⁺的質(zhì)量）：1.6×

64

80

×100%=1.28g；
 一份白色沉淀中OH^-的質(zhì)量為：5.16g÷2-1.28g-0.96g=0.34g．
所以 白色沉淀中Cu²⁺、OH^-、SO₄^2-的個數(shù)比為：

1.28

64

：

0.34

17

：

0.96

96

=2：2：1；
所以白色沉淀的化學(xué)式為Cu₂（OH）₂SO₄ ；
問題二：
Ⅰ、緊緊圍繞“紅色”來猜想，因為銅也是紅色的，所以紅色沉淀可能是Cu、Cu₂O或者二者混合物；
【設(shè)計方案】：方案1：由于Cu、Cu₂O都能與稀硝酸反應(yīng)，得到藍(lán)色溶液，所以不行；
方案2：Cu₂O與稀硫酸反應(yīng)有Cu生成，有殘渣，Cu不與稀硫酸反應(yīng)有殘渣，所以方案2不行；
方案3：銅在空氣中灼燒生成CuO，Cu₂O在空氣中灼燒也生成氧化銅，但兩者增加的質(zhì)量不同．
agCu在空氣中灼燒，完全反應(yīng)后質(zhì)量變?yōu)?span id="r3xxfvp" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

5

4

a g；
agCu₂O在空氣中灼燒，完全反應(yīng)后質(zhì)量變?yōu)?span id="zptn3zx" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">

10

9

a g；
所以ag紅色沉淀在空氣中灼燒完全反應(yīng)后，當(dāng)b為

5

4

a g時紅色沉淀Cu；
當(dāng)b為為

10

9

a g 時紅色沉淀 Cu₂O；
當(dāng)

10

9

a g＜b＜

5

4

a g 時紅色沉淀為兩者混合物；
Ⅱ、解答此題時，應(yīng)知道測定的原理；用此裝置測定物質(zhì)組成通常在如下兩種途徑：
氫氣與Cu₂O反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu₂O+H₂

△   .

2Cu+H₂O．
結(jié)合裝置圖和化學(xué)方程式，硬質(zhì)玻璃管+其中固體在反應(yīng)前后質(zhì)量差是Cu₂O中O的質(zhì)量，通過氧的質(zhì)量可求出Cu₂O的質(zhì)量，再進一步判斷是否含有Cu；此法需要測定的數(shù)據(jù)：B  ②③⑤；
一般不用測氫氣的體積、鋅粒、稀硫酸中溶質(zhì)的方法，因為在用氫氣還原金屬氧化物時，通常需要先通一段時間氫氣，反應(yīng)后還要再通一段時間氫氣，再加上氫氣并不都能與金屬氧化物反應(yīng)，部分氫氣會白白浪費掉，所以實際參加反應(yīng)氫氣的量很難測定．
Ⅲ、硫酸銅能溶于水但不能溶于酒精，晶體用酒精淋洗而不用水洗的好處是可以獲得最多的晶體；
故答案為：（1）溫度；水中雜質(zhì)含量（或水的純度）；硫酸銅溶液的濃度；醫(yī)用蒸餾水；較低溫度；
（2）64：17：48； Cu₂（OH）₂SO₄ ；
Ⅰ． 銅；氧化亞銅；方案三；
Ⅱ、B； 
Ⅲ、減少晶體溶解．

點評：本題主要考查學(xué)生運用所學(xué)化學(xué)知識綜合分析和解決實際問題的能力．增加了學(xué)生分析問題的思維跨度，強調(diào)了學(xué)生整合知識的能力．