Question

10．某研究性學(xué)習(xí)小組對Cu與H₂SO₄反應(yīng)的產(chǎn)物種類和性質(zhì)進(jìn)行探究．
Ⅰ．產(chǎn)物種類探究
在銅與濃硫酸反應(yīng)的過程中，發(fā)現(xiàn)有黑色物質(zhì)出現(xiàn)，經(jīng)查閱文獻(xiàn)獲得下列資料．
資料1：X射線晶體分析表明，銅與濃硫酸反應(yīng)生成的黑色物質(zhì)為中的一種或兩種．
資料2：

硫酸/mol•L-1	黑色物質(zhì)出現(xiàn)的溫度/°C	黑色物質(zhì)消失的溫度/°C
15	約150	約236
16	約140	約250
18	約120	不消失

（1）由上述資料2可得出的正確結(jié)論是abd（選填下列字母編號）
a．銅與濃硫酸反應(yīng)時(shí)所涉及的反應(yīng)可能不止一個(gè)
b．硫酸濃度選擇適當(dāng)，可避免最后產(chǎn)物中出現(xiàn)黑色物質(zhì)
c．該反應(yīng)發(fā)生的條件之一是硫酸濃度＞15mol•L^-1
d．硫酸濃度越大，黑色物質(zhì)出現(xiàn)越快，越難消失
（2）Cu與足量16mol•L^-1濃硫酸反應(yīng)時(shí)，在80°C以后，隨著溫度的逐漸升高，反應(yīng)中硫酸銅的生成逐漸增加，而CuS卻逐漸減少，到達(dá)250°C左右時(shí)，CuS在反應(yīng)中完全消失的澄清溶液，CuS消失的化學(xué)方程式為CuS+4H₂SO₄=CuSO₄+4SO₂↑+4H₂O．
Ⅱ．產(chǎn)物性質(zhì)探究
Cu與濃H₂SO₄反應(yīng)生成的CuSO₄具有某些特定性質(zhì)，一定濃度CuSO₄溶液與NaHCO₃溶液反應(yīng)后生成藍(lán)綠色顆粒狀沉淀，沉淀可能是CuCO₃，Cu（OH）₂，或者CuCO₃與Cu（OH）₂的混合物．
（1）若沉淀是Cu（OH）₂，生成沉淀的離子方程式是Cu²⁺+2HCO₃^-=Cu （OH）₂↓+2CO₂↑．
（2）為了進(jìn)一步探究沉淀的成分，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖：
實(shí)驗(yàn)操作步驟為
a．取沉淀樣品100克于B中，檢查裝置的氣密性
b．打開K₁，K₃，關(guān)閉K₂，K₄，通入足量空氣
c．關(guān)閉K₁，K₃，打開K₂，K₄，充分反應(yīng)
d．反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉K₂，打開K₁，再通入足量空氣
e．測得裝置D的質(zhì)量增加了22g
①步驟b的作用是排盡裝置中空氣中的CO₂使測定結(jié)果準(zhǔn)確
②若沉淀樣品為CuCO₃和Cu（OH）₂的混合物，則Cu（OH）₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38%，若不進(jìn)行步驟d，則會使測得Cu（OH）₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為偏低（填“偏高”“無影響”“偏低”）

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）圖表數(shù)據(jù)分析銅和濃硫酸反應(yīng)過程中會生成黑色物質(zhì)證明有副反應(yīng)，濃度合適會避免黑色固體出現(xiàn)，濃度越大，溫度越高黑色越難消失；
（2）CuS消失是和濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水；
Ⅱ、（1）沉淀為氫氧化銅的是碳酸氫鈉和硫酸銅在水溶液中發(fā)生雙水解生成分析；
（2）①空氣中含有二氧化碳，空氣通過氫氧化鈉溶液吸收空氣中的二氧化碳，利用除去二氧化碳的空氣，打開K₁、K₃，關(guān)閉K₂、K₄，排除裝置中的含二氧化碳?xì)怏w的空氣，避免測定誤差的產(chǎn)生；
②若沉淀樣品的質(zhì)量為m g，若沉淀樣品為純凈物，則判斷沉淀為CuCO₃，裝置D的質(zhì)量增加了n g，為二氧化碳?xì)怏w質(zhì)量，依據(jù)碳元素守恒得到mn的關(guān)系；若假設(shè)三正確，依據(jù)生成的二氧化碳物質(zhì)的量減少碳酸銅質(zhì)量，根據(jù)樣品質(zhì)量計(jì)算得到氫氧化銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：Ⅰ、（1）依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析可知，濃度不同時(shí)出現(xiàn)黑色物質(zhì)的時(shí)間隨濃度增大減小，濃度為18mol/L時(shí)生成的黑色物質(zhì)不能消失；
a．分析過程可知．發(fā)生的反應(yīng)過程中生成二氧化硫和硫酸銅的反應(yīng)過程中有奇談反應(yīng)發(fā)生生成黑色物質(zhì)，銅與濃硫酸反應(yīng)時(shí)所涉及的反應(yīng)可能不止一個(gè)，故A符合；
b．圖表數(shù)據(jù)分析可知硫酸濃度選擇適當(dāng)，可避免最后產(chǎn)物中出現(xiàn)黑色物質(zhì)，故B符合；
c．濃硫酸和銅的反應(yīng)濃度小于15mol/L也可能出現(xiàn)黑色物質(zhì)，出現(xiàn)的時(shí)間長，該反應(yīng)發(fā)生的條件不一定是硫酸濃度≥15mol•L^-1，故C不符合；
d．圖表數(shù)據(jù)中，18mol/L的濃硫酸，出現(xiàn)褐色物質(zhì)的時(shí)間短，黑色物質(zhì)難以消失，所以硫酸濃度越大，黑色物質(zhì)越快出現(xiàn)、越難消失，故d符合；
故答案為：abd；
（2）CuS消失是和濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CuS+4H₂SO₄=CuSO₄+4SO₂↑+4H₂O，
故答案為：CuS+4H₂SO₄=CuSO₄+4SO₂↑+4H₂O；
Ⅱ、（1）沉淀為氫氧化銅的判斷依據(jù)是碳酸氫鈉和硫酸銅在水溶液中發(fā)生雙水解生成，反應(yīng)的離子方程式為Cu²⁺+2HCO₃^-=Cu （OH）₂↓+2CO₂↑，
故答案為：Cu²⁺+2HCO₃^-=Cu （OH）₂↓+2CO₂↑；
（2）①空氣中含有二氧化碳，空氣通過氫氧化鈉溶液吸收空氣中的二氧化碳，利用除去二氧化碳的空氣，打開K₁、K₃，關(guān)閉K₂、K₄，排除裝置中的含二氧化碳?xì)怏w的空氣，避免測定誤差的產(chǎn)生；
故答案為：排盡裝置中空氣中的CO₂使測定結(jié)果準(zhǔn)確；
②若沉淀樣品的質(zhì)量為100g，若沉淀樣品為CuCO₃和Cu（OH）₂的混合物，依據(jù)生成的二氧化碳物質(zhì)的量計(jì)算減少碳酸銅質(zhì)量，根據(jù)樣品質(zhì)量計(jì)算得到氫氧化銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{100g-\frac{22g}{44g/mol}×124g/mol}{100g}$×100%=38%，若不進(jìn)行步驟C，生成的二氧化碳?xì)怏w中含有水蒸氣，被裝置D吸收后稱量得到二氧化碳質(zhì)量增大，計(jì)算得到碳酸銅質(zhì)量增大，氫氧化銅的質(zhì)量減小，則會使測得結(jié)果質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，
故答案為：38%；偏低．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)組成和性質(zhì)的分析判斷，實(shí)驗(yàn)過程分析，沉淀生成的原理，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．