Question

13．某研究性學習小組的同學將CuSO₄溶液逐滴加入含少量NaOH的Na₂CO₃溶液中，觀察到有藍綠色沉淀生成．他們對藍綠色沉淀進行了如下探究．
I．定性探究
【提出問題】藍綠色沉淀是什么？
【猜想】猜想1：藍綠色沉淀為Cu（OH）₂，作出此猜想的理由是2NaOH+CuSO₄=Cu（OH）₂↓+Na₂SO₄（用化學方程式表示）；
猜想2：藍綠色沉淀為CuCO₃，作出此猜想的理由是CuSO₄+Na₂CO₃═CuCO₃↓+Na₂SO₄（用化學方程式表示）；
猜想3：藍綠色沉淀為堿式碳酸銅[化學式可表示為Cu_x （OH）_y（CO₃）_z]．
【查閱資料】①無水CuSO₄是白色粉末，遇水會變藍色．
②堿石灰的主要成分是生石灰和氫氧化鈉固體．
③無論是哪一種沉淀受熱均易分解（假設均不含結晶水）．
【實驗探究】步驟1：將所得懸濁液過濾，先用蒸餾水洗滌，再用無水乙醇洗滌，晾干．
步驟2：取一定量所得固體，用如下裝置（夾持儀器未畫出）進行實驗．

【問題與討論】
（1）檢查上述裝置氣密性的實驗操作是：用酒精燈微熱試管，若C中有氣泡逸出，撤去酒精燈冷卻一段時間后，C中導管內形成
水柱，則證明裝置的氣密性良好．
（2）實驗過程中，觀察到B中白色固體變藍（填實驗現象），C中產生白色沉淀（實驗現象），
證明猜想3正確．
Ⅱ．定量探究
【提出問題】如何確定藍綠色沉淀的組成？
[實驗探究】某同學準確稱藍綠色固體32.0g，用如下裝置（夾持儀器未畫出）進行如下實驗．
步驟1：打開止水夾K₁、K₂，關閉K₃，通入空氣，一段時間后關閉止水夾K₁、K₂，打開K₃；
步驟2：點燃酒精燈，待C中硬質玻璃管中固體完全變成黑色粉末，打開止水夾K₁，繼續(xù)通入空氣至冷卻到室溫．
【問題與討論】
（3）A裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳．
（4）硬質玻璃管中固體完全變成黑色粉末后繼續(xù)通入空氣的目的是將裝置中分解產生的二氧化碳全部排入E裝置中．
【數據處理】
（5）若實驗結束后，C中硬質玻璃管中剩余固體的質量為24.0g，E中產生白色沉淀的質量為19.7g．則該藍綠色固體的化學式為Cu₃（OH）₄CO₃（列出計算過程）．
【反思與提高】
（6）E中用Ba（OH）₂飽和溶液代替澄清石灰水的原因有：①BaCO₃的相對分子質量大于CaCO₃，生成沉淀的質量大，稱量誤差��；②Ba（OH）₂溶解度大于Ca（OH）₂，可以充分吸收CO₂．

Answer 1

分析 I．定性探究
【猜想】
氫氧化鈉和硫酸銅反應生成氫氧化銅沉淀和硫酸鈉；
硫酸銅和碳酸鈉反應生成碳酸銅沉淀和硫酸鈉；
【問題與討論】
凡是有氣體參加或產生的實驗，實驗前一定要檢查裝置的氣密性，以防裝置漏氣影響實驗結果；   
Ⅱ．定量探究
【問題與討論】
氫氧化鈉能和二氧化碳反應生成碳酸鈉和水；
【數據處理】
根據反應的化學方程式和提供的數據可以進行相關方面的計算和判斷；
【反思與提高】
氫氧化鋇的溶解度大于氫氧化鈣的溶解度．

解答 解：I．定性探究
【猜想】猜想1：藍綠色沉淀為Cu（OH）₂，作出此猜想的理由是氫氧化鈉和硫酸銅反應生成氫氧化銅沉淀和硫酸鈉，反應的化學方程式為：2NaOH+CuSO₄=Cu（OH）₂↓+Na₂SO₄．
故填：2NaOH+CuSO₄=Cu（OH）₂↓+Na₂SO₄．
猜想2：藍綠色沉淀為CuCO₃，作出此猜想的理由是硫酸銅和碳酸鈉反應生成碳酸銅沉淀和硫酸鈉，反應的化學方程式為：CuSO₄+Na₂CO₃═CuCO₃↓+Na₂SO₄．
故填：CuSO₄+Na₂CO₃═CuCO₃↓+Na₂SO₄．
【問題與討論】
（1）檢查上述裝置氣密性的實驗操作是：用酒精燈微熱試管，若C中有氣泡逸出，撤去酒精燈冷卻一段時間后，C中導管內形成
水柱，則證明裝置的氣密性良好．
故填：用酒精燈微熱試管，若C中有氣泡逸出，撤去酒精燈冷卻一段時間后，C中導管內形成
水柱，則證明裝置的氣密性良好．
（2）實驗過程中，觀察到B中白色固體變藍，C中產生白色沉淀，證明猜想3正確．
故填：白色固體變藍；產生白色沉淀．
Ⅱ．定量探究
【問題與討論】
（3）A裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳．
故填：吸收空氣中的二氧化碳．
（4）硬質玻璃管中固體完全變成黑色粉末后繼續(xù)通入空氣的目的是將裝置中分解產生的二氧化碳全部排入E裝置中．
故填：將裝置中分解產生的二氧化碳全部排入E裝置中．
【數據處理】
（5）解：設32.0g固體分解產生CO₂的質量為x，
CO₂+Ba（OH）₂═BaCO₃↓+H₂O，
44    197
x         19.7g
$\frac{44}{x}$=$\frac{197}{19.7g}$，
x=4.4g m（C）=4.4g×$\frac{12}{44}$×100%=1.2g，
32.0g固體分解生成水的質量為32.0g-24.0-4.4g=3.6g，m（H）=3.6g×$\frac{2}{18}$×100%=0.4g，
24.0gCuO中m（Cu）=24.0g×$\frac{64}{80}$×100%=19.2g，
32.0g固體中m（O）=32.0-19.2g-1.2g-0.4g=11.2g，
32.0g固體Cu、C、O、H四種元素的質量比為：19.2：1.2：11.2：0.4，
32.0g固體Cu、C、O、H四種元素的原子個數比為3：1：7：4，
化學式為Cu₃（OH）₄CO₃．
故填：Cu₃（OH）₄CO₃．
【反思與提高】
（6）E中用Ba（OH）₂飽和溶液代替澄清石灰水的原因有：①BaCO₃的相對分子質量大于CaCO₃，生成沉淀的質量大，稱量誤差小；②Ba（OH）₂溶解度大于Ca（OH）₂，可以充分吸收CO₂．
故填：Ba（OH）₂溶解度大于Ca（OH）₂，可以充分吸收CO₂．

點評 本題綜合性很強，考查了多方面的知識，還給出了一些信息，從所給信息中提取出有用的信息才能正確回答問題，難度較大．