Question

5．某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)為了探究CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液的反應(yīng)原理并驗(yàn)證產(chǎn)物，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)．
實(shí)驗(yàn)I：將CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合，一定溫度下充分反應(yīng)至不產(chǎn)生氣泡為止，
過濾、冷水洗滌、低溫干燥，得到藍(lán)綠色固體．該小組同學(xué)猜想此固體為xCuCO₃•yCu（OH）₂．
（1）為了驗(yàn)證猜想，先進(jìn)行定性實(shí)驗(yàn)．

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論
實(shí)驗(yàn)Ⅱ	取適量藍(lán)綠色固體，加入足量稀硫酸	固體溶解，生成藍(lán)色溶液， 產(chǎn)生無色氣體	藍(lán)綠色固體中含有C${{O}_{3}}^{2-}$

（2）為進(jìn)一步確定藍(lán)綠色固體的組成，使用如下裝置再進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)．

實(shí)驗(yàn)Ⅲ：稱取5.190g樣品，充分加熱至不再產(chǎn)生氣體為止，并使分解產(chǎn)生的氣體全部進(jìn)入裝置C和D中．
①裝置C中盛放的試劑是無水氯化鈣，裝置E的作用是防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入裝置D影響測定結(jié)果，反應(yīng)結(jié)束時(shí)要通入適量的空氣，其作用是使分解產(chǎn)生的水蒸氣、二氧化碳?xì)怏w全部進(jìn)入裝置C、D中吸收．
②實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，測得裝置C增重0.270g，裝置D增重1.320g．則該藍(lán)綠色固體的化學(xué)式為2CuCO₃•Cu（OH）₂．
（3）若x=y=1，寫出CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式2CuSO₄+2Na₂CO₃+H₂O=CuCO₃•Cu（OH）₂↓+CO₂↑+Na₂SO₄．
（4）已知20℃時(shí)溶解度數(shù)據(jù)：S[Ca（OH）₂]=0.16g，S[Ba（OH）₂]=3.89g．有同學(xué)據(jù)此提出可將裝置D中的澄清石灰水換成等體積的飽和Ba（OH）2溶液，其可能的依據(jù)之一是Ba（OH）₂溶解度大于Ca（OH）₂，相同體積的飽和氫氧化鋇溶液吸收二氧化碳多．
（5）有同學(xué)為了降低實(shí)驗(yàn)誤差，提出如下建議，其中合理的是（填字母序號(hào)）．
A．加熱裝置B前，先通空氣一段時(shí)間后再稱量C、D的初始質(zhì)量
B．將D換為盛有堿石灰的U形管
C．將C、D顛倒并省去E裝置．

Answer 1

分析 （1）猜想此固體為xCuCO₃•yCu（OH）₂，實(shí)驗(yàn)過程中加入足量稀硫酸生成藍(lán)色溶液，無色氣體生成證明藍(lán)綠色固體中含有碳酸根離子；
（2）①分析裝置圖可知，空氣通過裝置A吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣，通入一段時(shí)間排凈裝置中的空氣，加熱B裝置使藍(lán)綠色固體受熱分解，通過裝置C吸收生成的水蒸氣，可以用中性干燥劑氯化鈣，通過裝置D吸收生成的二氧化碳?xì)怏w，利用裝置E中的堿石灰吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣，避免二氧化碳、水蒸氣進(jìn)入裝置D影響測定結(jié)果，用裝置A通入空氣般裝置中生成的水蒸氣和二氧化碳全部充入裝置CD中完全吸收，稱量裝置CD質(zhì)量變化得到生成的水蒸氣和二氧化碳的質(zhì)量；
②測得裝置C增重0.270g，增重為水的質(zhì)量，物質(zhì)的量=$\frac{0.27g}{18g/mol}$=0.015mol，裝置D增重1.320g為二氧化碳的質(zhì)量，物質(zhì)的量=$\frac{1.320g}{44g/mol}$=0.03mol，依據(jù)元素守恒和化學(xué)式xCuCO₃•yCu（OH）₂，計(jì)算x：y得到化學(xué)式；
（3）若x=y=1，CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合時(shí)生成的物質(zhì)化學(xué)式為CuCO₃•Cu（OH）₂，二氧化碳和硫酸鈉，結(jié)合原子守恒分析書寫化學(xué)方程式；
（4）比較氫氧化鋇、氫氧化鈣化學(xué)式中的陰陽離子比相同，可以利用溶度積常數(shù)大小比較二者溶解度大小，溶解度大的溶液吸收二氧化碳多；
（5）A、盡可能全部趕出裝置CD中空氣就按少測定誤差；
B、將D換為盛有堿石灰的U形管，更有利于稱量前后質(zhì)量測定二氧化碳的質(zhì)量；
C、CD顛倒，水吸收質(zhì)量會(huì)增大，另外空氣中水蒸氣進(jìn)入裝置C也會(huì)造成測定誤差；

解答 解：（1）將CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合，一定溫度下充分反應(yīng)至不產(chǎn)生氣泡為止，過濾、冷水洗滌、低溫干燥，得到藍(lán)綠色固體，猜想此固體為xCuCO₃•yCu（OH）₂，實(shí)驗(yàn)過程中加入足量稀硫酸生成藍(lán)色溶液，無色氣體生成證明藍(lán)綠色固體中含有碳酸根離子；
故答案為：產(chǎn)生無色氣體；
（2）①空氣通過裝置A吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣，通入一段時(shí)間排凈裝置中的空氣，加熱B裝置使
藍(lán)綠色固體受熱分解，通過裝置C吸收生成的水蒸氣，可以用中性干燥劑氯化鈣，通過裝置D吸收生成的二氧化碳?xì)怏w，利用裝置E中的堿石灰吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣，避免二氧化碳、水蒸氣進(jìn)入裝置D影響測定結(jié)果，用裝置A通入空氣般裝置中生成的水蒸氣和二氧化碳全部充入裝置CD中完全吸收，稱量裝置CD質(zhì)量變化得到生成的水蒸氣和二氧化碳的質(zhì)量；
故答案為：無水氯化鈣，防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入裝置D影響測定結(jié)果，使分解產(chǎn)生的水蒸氣、二氧化碳?xì)怏w全部進(jìn)入裝置C、D中吸收；
②稱取5.190g樣品，充分加熱至不再產(chǎn)生氣體為止，并使分解產(chǎn)生的氣體全部進(jìn)入裝置C和D中，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，測得裝置C增重0.270g，增重為水的質(zhì)量，物質(zhì)的量=$\frac{0.27g}{18g/mol}$=0.015mol，裝置D增重1.320g為二氧化碳的質(zhì)量，物質(zhì)的量=$\frac{1.320g}{44g/mol}$=0.03mol，依據(jù)元素守恒和化學(xué)式xCuCO₃•yCu（OH）₂，得到x：y=0.03：0.015，x：y=2：1，該藍(lán)綠色固體的化學(xué)式為：2CuCO₃•Cu（OH）₂ ；
故答案為：2CuCO₃•Cu（OH）₂ ；
（3）若x=y=1，CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合時(shí)生成的物質(zhì)化學(xué)式為CuCO₃•Cu（OH）₂，結(jié)合原子守恒分析書寫化學(xué)方程式為：2CuSO₄+2Na₂CO₃+H₂O=CuCO₃•Cu（OH）₂↓+CO₂↑+Na₂SO₄；
故答案為：2CuSO₄+2Na₂CO₃+H₂O=CuCO₃•Cu（OH）₂↓+CO₂↑+Na₂SO₄；
（4）已知20℃時(shí)溶解度數(shù)據(jù)：S[Ca（OH）₂]=0.16g，S[Ba（OH）₂]=3.89g，氫氧化鋇、氫氧化鈣化學(xué)式中的陰陽離子比相同，可以利用溶度積常數(shù)大小比較二者溶解度，將裝置D中的澄清石灰水換成等體積的飽和Ba（OH）2溶液，其可能的依據(jù)之一是氫氧化鋇溶解度大于氫氧化鈣，溶液中氫氧化鋇溶質(zhì)多吸收二氧化碳會(huì)增多；
故答案為：Ba（OH）₂溶解度大于Ca（OH）₂，相同體積的飽和氫氧化鋇溶液吸收二氧化碳多；
（5）A、應(yīng)盡可能全部趕出裝置CD中空氣，影響測定結(jié)果，加熱裝置B前，先通空氣一段時(shí)間后再稱量C、D的初始質(zhì)量，故A正確；
B、將D換為盛有堿石灰的U形管，更有利于稱量前后固體質(zhì)量來測定二氧化碳的質(zhì)量，測定結(jié)果更精確，故B正確；
C、CD顛倒，水吸收質(zhì)量會(huì)增大，另外空氣中水蒸氣進(jìn)入裝置C也會(huì)造成測定誤差，故C錯(cuò)誤；
故選AB．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)組成和性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)過程分析，沉淀溶解平衡的分析應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)基本操作方法，物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)注意問題是解題關(guān)鍵，題目難度中等．