Question

5．某實驗小組的同學為了探究CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液的反應原理并驗證產物，進行如下實驗．
實驗I：將CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合，一定溫度下充分反應至不產生氣泡為止，
過濾、冷水洗滌、低溫干燥，得到藍綠色固體．該小組同學猜想此固體為xCuCO₃•yCu（OH）₂．
（1）為了驗證猜想，先進行定性實驗．

實驗序號	實驗步驟	實驗現(xiàn)象	結論
實驗Ⅱ	取適量藍綠色固體，加入足量稀硫酸	固體溶解，生成藍色溶液， 產生無色氣體	藍綠色固體中含有C${{O}_{3}}^{2-}$

（2）為進一步確定藍綠色固體的組成，使用如下裝置再進行定量實驗．

實驗Ⅲ：稱取5.190g樣品，充分加熱至不再產生氣體為止，并使分解產生的氣體全部進入裝置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入裝置D影響測定結果，反應結束時要通入適量的空氣，其作用是使分解產生的水蒸氣、二氧化碳氣體全部進入裝置C、D中吸收．
②實驗結束后，測得裝置C增重0.270g，裝置D增重1.320g．則該藍綠色固體的化學式為2CuCO₃•Cu（OH）₂．
（3）若x=y=1，寫出CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合時反應的化學方程式2CuSO₄+2Na₂CO₃+H₂O=CuCO₃•Cu（OH）₂↓+CO₂↑+Na₂SO₄．
（4）已知20℃時溶解度數(shù)據(jù)：S[Ca（OH）₂]=0.16g，S[Ba（OH）₂]=3.89g．有同學據(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）有同學為了降低實驗誤差，提出如下建議，其中合理的是（填字母序號）．
A．加熱裝置B前，先通空氣一段時間后再稱量C、D的初始質量
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，實驗過程中加入足量稀硫酸生成藍色溶液，無色氣體生成證明藍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，通入一段時間排凈裝置中的空氣，加熱B裝置使藍綠色固體受熱分解，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氣體，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、水蒸氣進入裝置D影響測定結果，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質量變化得到生成的水蒸氣和二氧化碳的質量；
②測得裝置C增重0.270g，增重為水的質量，物質的量=$\frac{0.27g}{18g/mol}$=0.015mol，裝置D增重1.320g為二氧化碳的質量，物質的量=$\frac{1.320g}{44g/mol}$=0.03mol，依據(jù)元素守恒和化學式xCuCO₃•yCu（OH）₂，計算x：y得到化學式；
（3）若x=y=1，CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合時生成的物質化學式為CuCO₃•Cu（OH）₂，二氧化碳和硫酸鈉，結合原子守恒分析書寫化學方程式；
（4）比較氫氧化鋇、氫氧化鈣化學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量測定二氧化碳的質量；
C、CD顛倒，水吸收質量會增大，另外空氣中水蒸氣進入裝置C也會造成測定誤差；

解答 解：（1）將CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合，一定溫度下充分反應至不產生氣泡為止，過濾、冷水洗滌、低溫干燥，得到藍綠色固體，猜想此固體為xCuCO₃•yCu（OH）₂，實驗過程中加入足量稀硫酸生成藍色溶液，無色氣體生成證明藍綠色固體中含有碳酸根離子；
故答案為：產生無色氣體；
（2）①空氣通過裝置A吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣，通入一段時間排凈裝置中的空氣，加熱B裝置使
藍綠色固體受熱分解，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氣體，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、水蒸氣進入裝置D影響測定結果，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質量變化得到生成的水蒸氣和二氧化碳的質量；
故答案為：無水氯化鈣，防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入裝置D影響測定結果，使分解產生的水蒸氣、二氧化碳氣體全部進入裝置C、D中吸收；
②稱取5.190g樣品，充分加熱至不再產生氣體為止，并使分解產生的氣體全部進入裝置C和D中，實驗結束后，測得裝置C增重0.270g，增重為水的質量，物質的量=$\frac{0.27g}{18g/mol}$=0.015mol，裝置D增重1.320g為二氧化碳的質量，物質的量=$\frac{1.320g}{44g/mol}$=0.03mol，依據(jù)元素守恒和化學式xCuCO₃•yCu（OH）₂，得到x：y=0.03：0.015，x：y=2：1，該藍綠色固體的化學式為：2CuCO₃•Cu（OH）₂ ；
故答案為：2CuCO₃•Cu（OH）₂ ；
（3）若x=y=1，CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合時生成的物質化學式為CuCO₃•Cu（OH）₂，結合原子守恒分析書寫化學方程式為：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多吸收二氧化碳會增多；
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、應盡可能全部趕出裝置CD中空氣，影響測定結果，加熱裝置B前，先通空氣一段時間后再稱量C、D的初始質量，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量來測定二氧化碳的質量，測定結果更精確，故B正確；
C、CD顛倒，水吸收質量會增大，另外空氣中水蒸氣進入裝置C也會造成測定誤差，故C錯誤；
故選AB．

點評 本題考查了物質組成和性質的實驗過程分析，沉淀溶解平衡的分析應用，實驗基本操作方法，物質性質和實驗注意問題是解題關鍵，題目難度中等．