Question

19．銅及其化合物在生產(chǎn)、生活中都有廣泛的應(yīng)用．
一、銅的性質(zhì)及其應(yīng)用
兔首和鼠首均為青銅器（銅、錫合金），表面呈綠色，這是銅器長期暴露在空氣中生成了銅銹（銅銹俗稱銅綠）．銅綠化學(xué)式是Cu₂（OH）₂CO₃，它受熱會分解生成三種氧化物．
（1）青銅器屬于A（填序號）．
A．無機(jī)材料          B．合成材料         C．復(fù)合材料      D．復(fù)合肥
（2）銅綠分解的化學(xué)方程式為Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+H₂O+CO₂↑．
（3）為了弄清銅生成銅綠的條件，某化學(xué)實驗小組借鑒課本“鐵釘銹蝕條件的探究”實驗，設(shè)計了“銅片銹蝕條件的探究”實驗，實驗如圖1所示（所用銅片潔凈、光亮，試管內(nèi)的“”為銅片）．

實驗較長時間后，發(fā)現(xiàn)D（填試管編號）試管中銅片最先生銹．小組討論后發(fā)現(xiàn)實驗還不夠完善，要得出正確的結(jié)論，還要補(bǔ)充一個實驗．你認(rèn)為要補(bǔ)充的一個實驗是：Cu和CO₂、O₂（寫出試管中需要的物質(zhì)）．可以省略不做的實驗是試管ABC（填試管編號）．
二、銅的制備研究
銅可采用如下方法制備：
方法一：火法煉銅：Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+SO₂
方法二：濕法煉銅：CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu
（4）上述兩種方法中，你認(rèn)為哪種方法更好方法二 ，原因是能耗低（寫出1條原因即可）．輝銅礦的主要成分為Cu₂S，常用于火法煉銅．若生成過程中銅元素的轉(zhuǎn)化率為90%，生產(chǎn)64tCu需要含Cu₂S 80%的輝銅礦111 t（取整數(shù)）．
三、銅的化合物的制備研究
堿式碳酸銅可用于生產(chǎn)木材防腐劑等．工業(yè)上可用微蝕刻廢液（含有一定量Cu²⁺、H⁺、SO₄^2-、H₂O₂和微量Fe³⁺）制備高純度堿式碳酸銅，其制備過程如圖2：

（5）加入試劑1的目的是除去廢液中的酸性物質(zhì)，試劑1最好選用c（填序號）．
a．Fe₂O₃                 b． CaCO₃               c．CuO
（6）加入Na₂CO₃沉淀前須除去Fe³⁺，否則Fe₂（SO₄）₃會與Na₂CO₃反應(yīng)，產(chǎn)生一種氣體，同時生成NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂沉淀，影響產(chǎn)品質(zhì)量，6Na₂CO₃+3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O
=2NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂+6CO₂↑+5Na₂SO₄．
（7）加入Na₂CO₃沉淀時，反應(yīng)液pH對產(chǎn)品中的SO₄^2-含量以及反應(yīng)液中Cu²⁺沉淀效率的影響如圖3所示，第二次沉淀時溶液pH最好控制在8.5．

（8）所制得的堿式碳酸銅的組成可表示為：xCuCO₃•yCu（OH）₂•zH₂O．某研究小組設(shè)計如圖4實驗裝置測定其中CuCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（不考慮植物油中溶解CO₂產(chǎn)生的影響）．
實驗步驟如下：①連接裝置并檢查裝置氣密性；②準(zhǔn)確稱量樣品的質(zhì)量1.2g；③裝藥品，調(diào)節(jié)量氣裝置兩邊液面相平，讀取量氣管刻度為10ml；④向錐形瓶內(nèi)加入50ml（足量）的稀硫酸，充分反應(yīng)；⑤冷卻到室溫；⑥再次調(diào)節(jié)量氣裝置兩邊液面相平，讀取量氣管刻度為172ml．
Ⅰ．請將上述實驗步驟補(bǔ)充完整；
Ⅱ．裝置B的作用是干燥二氧化碳，少量植物油的作用是防止二氧化碳溶于水，C中的試劑是c（填字母序號）； a．堿石灰                 b．濃硫酸                 c．無水硫酸銅
Ⅲ．步驟⑥中調(diào)節(jié)液面相平的操作是將水準(zhǔn)管緩慢下移（填“緩慢上移”或“緩慢下移”）．
Ⅳ．若標(biāo)準(zhǔn)狀況下，每44g二氧化碳的體積為22.4L．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算產(chǎn)品中CuCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（寫出計算過程）．（保留到0.1%）
Ⅴ．若其他操作均正確，僅因下列因素可使測定結(jié)果偏小的是BCD（填字母序號）；
A．步驟③中平視刻度，步驟⑥中仰視讀數(shù)
B．硫酸的用量不足
C．量氣管中未加植物油
D．步驟⑥中沒有調(diào)節(jié)量氣裝置兩邊液面相平，直接讀數(shù)
（9）堿式碳酸銅【xCuCO₃•yCu（OH）₂•zH₂O】的熱分解研究．小組同學(xué)用熱分析儀對固體進(jìn)行熱分解，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，繪成的固體質(zhì)量與分解溫度的關(guān)系如圖5．
（已知Cu（OH）₂的分解溫度小于CuCO₃的分解溫度．）
Ⅰ．通過計算可得x：y：z=1：1：1；
Ⅱ．若將16.0g剩余固體繼續(xù)加熱到更高的溫度，發(fā)現(xiàn)固體質(zhì)量減少了1.6g后質(zhì)量不再改變，寫出此過程中可能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：4CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）青銅器屬于無機(jī)材料；
（2）銅綠受熱分解生成氧化銅、水和二氧化碳；
（3）通過實驗可以判斷銅生銹的條件；
（4）不同的工藝流程，優(yōu)缺點(diǎn)不同；
（5）氧化銅和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水；
（6）化學(xué)反應(yīng)遵循質(zhì)量守恒定律，即反應(yīng)前后元素種類不變，原子種類、總個數(shù)和質(zhì)量都不變；
（7）根據(jù)圖中提供的信息可以判斷相關(guān)方面的問題；
（8）凡是有氣體參加或產(chǎn)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(jié)果； 
二氧化碳能夠溶于水，不溶于植物油；
（9）根據(jù)提供的數(shù)據(jù)、信息等可以進(jìn)行相關(guān)方面的計算和判斷．

解答 解：（1）青銅器屬于無機(jī)材料．
故選：A．
（2）銅綠分解生成氧化銅、水和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+H₂O+CO₂↑．
故填：Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+H₂O+CO₂↑．
（3）實驗較長時間后，發(fā)現(xiàn)D試管中銅片最先生銹；
小組討論后發(fā)現(xiàn)實驗還不夠完善，要得出正確的結(jié)論，還要補(bǔ)充一個實驗，要補(bǔ)充的一個實驗是：Cu和CO₂、O₂充分接觸；
可以省略不做的實驗是試管ABC．
故填：D；CO₂、O₂；ABC．
（4）上述兩種方法中，更好的是方法二 ，原因是能耗低，不產(chǎn)生二氧化硫這種污染空氣的氣體等；
設(shè)需要含Cu₂S 80%的輝銅礦質(zhì)量為x，
根據(jù)題意有：x×80%×$\frac{128}{160}$×100%×90%=64t，
x=111t，
輝銅礦的主要成分為Cu₂S，常用于火法煉銅．若生成過程中銅元素的轉(zhuǎn)化率為90%，生產(chǎn)64tCu需要含Cu₂S 80%的輝銅礦 111 t（取整數(shù)）．
故填：方法二；能耗低；111．
（5）加入試劑1的目的是除去廢液中的酸性物質(zhì)，試劑1最好選用氧化銅，這是因為氧化銅能夠除去硫酸，不帶入新的雜質(zhì)．
故選：c．
（6）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6Na₂CO₃+3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O=2NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂+6CO₂↑+5Na₂SO₄．
故填：Na₂SO₄．
（7）由圖3所示可知，溶液pH為8.5左右時，硫酸根離子含量最低，溶液中銅離子沉淀效率最高，因此第二次沉淀時溶液pH最好控制在8.5．
故填：8.5．
（8）實驗步驟如下：①連接裝置并檢查裝置氣密性；②準(zhǔn)確稱量樣品的質(zhì)量1.2g；③裝藥品，調(diào)節(jié)量氣裝置兩邊液面相平，讀取量氣管刻度為10ml；④向錐形瓶內(nèi)加入50ml（足量）的稀硫酸，充分反應(yīng)；⑤冷卻到室溫；⑥再次調(diào)節(jié)量氣裝置兩邊液面相平，讀取量氣管刻度為172ml．
Ⅱ．裝置B的作用是干燥二氧化碳，少量植物油的作用是防止二氧化碳溶于水，C中的試劑是無水硫酸銅，用來檢驗二氧化碳中是否含有水蒸氣；
Ⅲ．步驟⑥中調(diào)節(jié)液面相平的操作是將水準(zhǔn)管緩慢下移．
故填：檢查裝置氣密性；干燥二氧化碳；防止二氧化碳溶于水；c；緩慢下移．
Ⅳ．反應(yīng)生成二氧化碳質(zhì)量為：（172mL-50mL-10mL）÷1000÷22.4L×44g=0.22g，
設(shè)碳酸銅質(zhì)量為y，
CuCO₃+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O+CO₂↑，
124                                       44
y                                         0.22g
$\frac{124}{y}$=$\frac{44}{0.22g}$，
y=0.62g，
產(chǎn)品中CuCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{0.62g}{1.2g}$×100%=51.7%，
答：產(chǎn)品中CuCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51.7%．
Ⅴ．A．步驟③中平視刻度，步驟⑥中仰視讀數(shù)，會導(dǎo)致測定結(jié)果偏大；
B．硫酸的用量不足，會導(dǎo)致測定結(jié)果偏小；
C．量氣管中未加植物油，會導(dǎo)致測定結(jié)果偏小；
D．步驟⑥中沒有調(diào)節(jié)量氣裝置兩邊液面相平，直接讀數(shù)，會導(dǎo)致測定結(jié)果偏�。�
故填：BCD．
（9）加熱時，結(jié)晶水先失去，因此結(jié)晶水的質(zhì)量為：24.0g-22.2g=1.8g；
設(shè)氫氧化銅質(zhì)量為z，
Cu（OH）₂的分解溫度小于CuCO₃的分解溫度，因此氫氧化銅完全反應(yīng)后生成水的質(zhì)量為：22.2g-20.4g=1.8g；
Cu（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+H₂O，
98                             18
z                             1.8g
$\frac{98}{z}$=$\frac{18}{1.8g}$，
z=9.8g，
設(shè)碳酸銅質(zhì)量為m，
碳酸銅分解生成二氧化碳質(zhì)量為：20.4g-16.0g=4.4g，
CuCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+CO₂↑，
124                    44
m                     4.4g
$\frac{124}{m}$=$\frac{44}{4.4g}$，
m=12.4g，
根據(jù)題意有：$\frac{12.4g}{124}$：$\frac{9.8g}{98}$=x：y，$\frac{9.8g}{98}$：$\frac{1.8g}{18}$=y：z，
通過計算可得：x：y：z=1：1：1；
若將16.0g剩余固體繼續(xù)加熱到更高的溫度，發(fā)現(xiàn)固體質(zhì)量減少了1.6g后質(zhì)量不再改變，說明反應(yīng)過程中氧化銅中的氧元素一部分轉(zhuǎn)化成氧氣，剩余固體中銅元素質(zhì)量為：16.0g×$\frac{64}{80}$×100%=12.8g，
剩余固體中氧元素質(zhì)量為：16.0g-12.8g-1.6g=1.6g，
設(shè)固體的化學(xué)式為Cu_mO_n，
根據(jù)題意有：64m：16n=12.8g：1.6g，
m：n=2：1，
因此剩余固體的化學(xué)式是Cu₂O，
此過程中可能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．
故填：1：1：1；4CuO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．

點(diǎn)評 合理設(shè)計實驗，科學(xué)地進(jìn)行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結(jié)論的前提，因此要學(xué)會設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗、分析實驗，為學(xué)好化學(xué)知識奠定基礎(chǔ)．