Question

【題目】堿式碳酸銅可用作木材防腐劑、水體殺藻劑等，研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)以下方案制備堿式碳酸銅并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究。

Ι．以銅屑為原料制備堿式碳酸銅的裝置如下：

步驟1 連接好裝置，檢查裝置的氣密性，裝藥品。

步驟2 往三頸燒瓶中加入適量的濃硝酸，使銅屑完全反應(yīng)。

步驟3 往步驟2反應(yīng)后的溶液中加入一定比例的Na2CO3和NaOH的混合液，加熱。

步驟4 將三頸燒瓶中的混合物過濾、洗滌、烘干，獲得產(chǎn)物。

已知：�。畨A式碳酸銅為草綠色或綠色結(jié)晶物，易溶于酸，不溶于水，在100℃的水中易分解；

ⅱ．NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O，2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O；

NO不能單獨(dú)與NaOH溶液反應(yīng)。

（1）步驟2中濃硝酸與銅屑反應(yīng)的離子方程式為___________________。

（2）步驟2反應(yīng)一段時(shí)間后，須打開止水夾，通入一段時(shí)間的空氣，目的是_______。

（3）步驟3對(duì)裝置A的加熱方式最好采用____________。

（4）裝置Ι中儀器a的名稱為____，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)裝置不能替代圖1中B裝置的是_____（填裝置序號(hào)）。

（5）欲檢驗(yàn)步驟4獲得的產(chǎn)物中是否含有NO3-，所需的試劑可以是__________。

Ⅱ．探究在一定溫度下，不同的原料配比對(duì)產(chǎn)物的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	V[Cu(NO3)2] /mL （0.5 mo1·L-1）	V(NaOH) / mL （0.5 mo1·L-1）	V(Na2CO3)/ mL （0.25 mo1·L-1）	沉淀數(shù)量	沉淀顏色
1	2.0	2.0	1.6	+	淺綠色
2	2.0	2.0	2.0	+ +	淺綠色
3	2.0	2.0	2.4	+ + +	藍(lán)色
4	2.0	2.0	2.8	+ + +	藍(lán)色

注：“+”越多表示沉淀量越多

（6）分析表格數(shù)據(jù)可得：制備堿式碳酸銅最佳的原料配比n[Cu(NO3)2]:n(NaOH) : n(Na2CO3) =___。

Ⅲ．產(chǎn)物組成的測定

（7）堿式碳酸銅的成分有多種，化學(xué)式可表示為mCu(OH)2·n CuCO3。為測定Ι中所得堿式碳酸銅的組成，學(xué)習(xí)小組同學(xué)準(zhǔn)確稱取3.820 g樣品溶于適量的硫酸中，加水配成l00 mL溶液，取l0.00 mL溶液于錐形瓶中，加適量水稀釋，調(diào)節(jié)溶液pH至3～4，加入過量的KI（2 Cu2+ + 4 I- = 2 CuI↓ + I2），用0.l000 mol·L-1 Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定（2 S2O32- + I2 = 2I- + S4O62-），接近終點(diǎn)時(shí)，加入淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至終點(diǎn)，藍(lán)色消失。進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)后，測得平均消耗Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為35.00 mL。該堿式碳酸銅的化學(xué)式為_____

Answer 1

【答案】Cu + 4H+ + 2NO3－ = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O 使裝置中有毒氣體被NaOH溶液完全吸收 水浴加熱 干燥管或球形干燥管 Ⅲ 硫酸、銅片（或其他合理答案） 2:2:1 4Cu(OH)2·3CuCO3

【解析】

Ι．（1）濃硝酸與銅反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮與水；

（2）反應(yīng)一段時(shí)間后生成有毒的氣體氮氧化物，據(jù)此分析作答；

（3）依據(jù)給定的堿式碳酸銅的特性作答；

（4）根據(jù)儀器構(gòu)造分析；B裝置需要防倒吸，據(jù)此考慮作答；

（5）硝酸根離子在酸性條件下具有氧化性，可與銅反應(yīng)生成NO；

Ⅱ．（6）根據(jù)已知堿式碳酸銅的顏色結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果作答；

Ⅲ．（7）根據(jù)滴定過程中各物質(zhì)的量之間的關(guān)系，列出關(guān)系式得出溶液中銅離子的物質(zhì)的量，再結(jié)合質(zhì)量列出方程組求出m和n的值得出結(jié)論。

Ι．（1）步驟2中濃硝酸與銅屑反應(yīng)的離子方程式為Cu + 4H+ + 2NO3－ = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O；

（2）步驟2反應(yīng)一段時(shí)間后，會(huì)生成有毒氣體二氧化氮（可能含NO），為了使氣體被氫氧化鈉充分吸收，須打開止水夾，通入一段時(shí)間的空氣，故答案為：使裝置中有毒氣體被NaOH溶液完全吸收；

（3）因堿式碳酸銅在100℃的水中易分解，所以步驟3對(duì)裝置A的加熱方式最好采用水浴加熱；

（4）裝置Ι中儀器a的名稱為干燥管或球形干燥管；裝置Ι中干燥管可防倒吸，裝置Ⅱ中倒置的漏斗也可起到防倒吸作用，裝置Ⅲ中苯的密度比水小，在水的上層，不能起到防倒吸作用，故答案為：Ⅲ；

（5）欲檢驗(yàn)步驟4獲得的產(chǎn)物中是否含有NO3-，所需的試劑可以是硫酸、銅片（或其他合理答案）；

Ⅱ．（6）堿式碳酸銅為草綠色或綠色結(jié)晶物，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)驗(yàn)2的沉淀量最多，實(shí)驗(yàn)3和4得到的沉淀為藍(lán)色沉淀，則制備堿式碳酸銅最佳的原料配比n[Cu(NO3)2]:n(NaOH) : n(Na2CO3) =0.5mol/L:0.5 mol/L:0.25 mol/L =2:2:1；

Ⅲ．（7）由2Cu2++4I-═2CuI（白色）↓+I2、2S2O32-+I2═2I-+S4O62-可知，
反應(yīng)的定量關(guān)系為：2Cu2+～I2 ～2S2O32-，所以n(Cu2+)=n(S2O32-)=0.100 0molL-1×0.03500L=3.5×10-3mol，
100mL溶液中含銅元素物質(zhì)的量為3.5×10-3mol×=3.5×10-2mol，則m+n=3.5×10-2mol，又樣品質(zhì)量為3.820 g，所以98m+124n=3.820g，聯(lián)立方程可得m=0.020mol，n=0.015mol，所以m:n=4:3，故堿式碳酸銅的化學(xué)式可表示為：4Cu(OH)2·3CuCO3。