Question

7．某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)以廢銅絲為原料制取堿式碳酸銅．

實(shí)驗(yàn)I：制備硝酸銅
廢銅絲與稀硝酸反應(yīng)并證明產(chǎn)生了一氧化氮，該小組同學(xué)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)裝置．
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將裝置B下移，使碳酸鈣與稀硝酸接觸產(chǎn)生氣體，當(dāng)C處產(chǎn)生白色沉淀時(shí)，立刻將裝置B上提，使之與稀硝酸分離．該組同學(xué)設(shè)計(jì)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(yīng)的化學(xué)方程式為3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，反應(yīng)一段時(shí)間后擠壓F，可觀察到燒瓶E內(nèi)氣體的顏色變化是氣體顏色無色變化為紅棕色，用化學(xué)方程式表示產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是2NO+O₂=2NO₂．
（3）已知25℃時(shí)，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(shí)溶液的pH為5.3（lg5=0.7）．
實(shí)驗(yàn)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(diào)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(xué)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(yīng)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(xué)式為：CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O．

Answer 1

分析 （1）NO與空氣中氧氣反應(yīng)，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(yīng)生成硝酸銅、一氧化氮?dú)怏w和水，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；E中含有NO，NO與空氣中氧氣反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮；二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸，硝酸與碳酸鈣反應(yīng)生成，導(dǎo)致碳酸鈣溶解；
（3）當(dāng)生成沉淀時(shí)，應(yīng)滿足Qc＞K_SP（Cu（OH）₂），根據(jù)Ksp=（Cu²⁺）×c²（OH^-）計(jì)算該題；
（4）反應(yīng)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(jié)晶水質(zhì)量為24.0g-0.1mol×124g/mol-0.1mol×98g/mol=1.8g；所以含有的結(jié)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(xué)式為CuCO₃•Cu （OH）₂•H₂O．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，可先將B裝置中CaCO₃放入硝酸中，碳酸鈣和硝酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，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(yīng)生成硝酸銅和NO，反應(yīng)的離子方程式為：3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
A中硝酸和銅反應(yīng)生成NO，NO易與氧氣反應(yīng)生成NO₂，可觀察到燒瓶E內(nèi)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(yīng)的化學(xué)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(shí)，應(yīng)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(jié)晶水質(zhì)量為24.0g-0.1mol×124g/mol-0.1mol×98g/mol=1.8g；所以含有的結(jié)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(xué)式為CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O；
故答案為：CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題以硝酸的性質(zhì)為載體綜合考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，為高考常見題型，題目難度中等，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，注意把握相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮�理是解答該題的關(guān)鍵，注意常見實(shí)驗(yàn)操作方法及注意事項(xiàng)．