Question

7．某實驗小組設計如下實驗以廢銅絲為原料制取堿式碳酸銅．

實驗I：制備硝酸銅
廢銅絲與稀硝酸反應并證明產生了一氧化氮，該小組同學設計如下實驗裝置．
（1）實驗時，先將裝置B下移，使碳酸鈣與稀硝酸接觸產生氣體，當C處產生白色沉淀時，立刻將裝置B上提，使之與稀硝酸分離．該組同學設計此操作的目的是讓整套裝置充滿CO₂，防止O₂干擾．
（2）將銅絲下移至與稀硝酸接觸，銅與稀硝酸反應的化學方程式為3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，反應一段時間后擠壓F，可觀察到燒瓶E內氣體的顏色變化是氣體顏色無色變化為紅棕色，用化學方程式表示產生上述現(xiàn)象的原因是2NO+O₂=2NO₂．
（3）已知25℃時，Cu（OH）₂的溶度積Ksp=4×10^-21，該溫度下向0.001mol/L硝酸銅溶液中滴加氫氧化鈉溶液（體積變化忽略），開始沉淀時溶液的pH為5.3（lg5=0.7）．
實驗Ⅱ：制備堿式碳酸銅
向大試管A中加入碳酸鈉和硝酸銅混合溶液加熱至70℃左右，用NaOH溶液調節(jié)pH至8.5，過濾、洗滌、烘干得到堿式碳酸銅．
（4）加熱至70℃左右采用的方法是水浴加熱．
（5）堿式碳酸銅的化學式可表示為xCuCO₃•yCu（OH）₂•zH₂O，可采用氫氣還原法來測定其組成，原理為xCuCO₃•yCu（OH）₂•zH₂O+H₂→Cu+CO₂↑+H₂O（未配平）．稱取24.0g某堿式碳酸銅樣品，與H₂充分反應后得到12.8g殘留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水．該堿式碳酸銅的化學式為：CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O．

Answer 1

分析 （1）NO與空氣中氧氣反應，制取NO前需要先用二氧化碳將裝置中空氣排凈；
（2）銅與稀硝酸反應生成硝酸銅、一氧化氮氣體和水，據此寫出反應的化學方程式；E中含有NO，NO與空氣中氧氣反應生成紅棕色的二氧化氮；二氧化氮與水反應生成硝酸，硝酸與碳酸鈣反應生成，導致碳酸鈣溶解；
（3）當生成沉淀時，應滿足Qc＞K_SP（Cu（OH）₂），根據Ksp=（Cu²⁺）×c²（OH^-）計算該題；
（4）反應溫度低于100°C，可以利用水浴加熱；
（5）n（Cu）=12.8g÷64g/mol=0.2mol；n（CO₂）=0.1mol；n（H₂O）=7.2g÷18g/mol=0.4mol．則含有CuCO₃：0.1mol；含有Cu （OH）₂：0.1mol；所以該樣品中結晶水質量為24.0g-0.1mol×124g/mol-0.1mol×98g/mol=1.8g；所以含有的結晶水為1.8g÷18g/mol=0.1mol； CuCO₃：Cu （OH）₂：H₂O=0.1：0.1：0.1=1：1：1．因此該堿式碳酸銅的化學式為CuCO₃•Cu （OH）₂•H₂O．

解答 解：（1）實驗時，可先將B裝置中CaCO₃放入硝酸中，碳酸鈣和硝酸反應生成二氧化碳氣體，先排除裝置中的空氣，以便在E燒瓶中收集到NO，以便觀察顏色，
故答案為：讓整套裝置充滿CO₂，防止O₂干擾；
（2）稀硝酸與銅反應生成硝酸銅和NO，反應的離子方程式為：3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
A中硝酸和銅反應生成NO，NO易與氧氣反應生成NO₂，可觀察到燒瓶E內氣體顏色逐漸加深，氣體顏色無色變化為紅棕色，NO遇空氣中的O₂生成NO₂，反應的化學方程式為：2NO+O₂=2NO₂，
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；氣體顏色無色變化為紅棕色；2NO+O₂=2NO₂；
（3）在0.001mol/L的CuCl₂溶液中不斷加入氨水，Cu²⁺開始沉淀時，應滿足（Cu²⁺）×c²（OH^-）≥Ksp=4×10^-21，c（OH^-）≥$\sqrt{\frac{4×1{0}^{-21}}{0.001}}$mol/L=2×10^-9mol/L，
c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-9}}$mol/L=5×10^-6mol/L
pH=6-lg5=5.3，
故答案為：5.3；
（4）大試管A中加入碳酸鈉和硝酸銅混合溶液加熱至70℃左右，加熱至70℃左右采用的方法是水浴加熱，
故答案為：水浴加熱；
（5）n（Cu）=$\frac{12.8g}{64g/mol}$=0.2mol；n（CO₂）=0.1mol；n（H₂O）=$\frac{7.2g}{18g/mol}$=0.4mol．則含有CuCO₃：0.1mol；含有Cu （OH）₂：0.1mol；所以該樣品中結晶水質量為24.0g-0.1mol×124g/mol-0.1mol×98g/mol=1.8g；所以含有的結晶水為$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol； CuCO₃：Cu （OH）₂：H₂O=0.1：0.1：0.1=1：1：1．因此該堿式碳酸銅的化學式為CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O；
故答案為：CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O．

點評 本題以硝酸的性質為載體綜合考查性質實驗的設計，為高考常見題型，題目難度中等，試題側重考查學生的分析能力和實驗能力，注意把握相關物質的性質，明確實驗目的和原理是解答該題的關鍵，注意常見實驗操作方法及注意事項．