Question

CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合產生藍綠色沉淀，以下是某興趣小組對沉淀組成的探究。
【提出假設】
假設1：沉淀為Cu (OH)₂
假設2：沉淀為         
假設3：沉淀為堿式碳酸銅[化學式可表示為nCuCO₃·mCu (OH)₂]
【查閱資料】無論是哪一種沉淀受熱均易分解（假設均不含結晶水）。
【定性探究】
步驟1：將所得懸濁液過濾，用蒸餾水洗滌，再用無水乙醇洗滌，風干；
步驟2：甲同學取一定量固體，用氣密性良好的如下裝置（夾持儀器未畫出）進行定性實驗；

（1）若反應后A中藍綠色固體變黑，C中無明顯現象，證明假設   成立。
（2）乙同學認為只要將上圖中B裝置的試劑改用下列某試劑后，便可驗證上述所有假設，該試劑是     （填代號）。
a．濃硫酸     b．無水CuSO₄    c．堿石灰    d．P₂O₅
（3）乙同學更換B試劑后驗證假設3成立的實驗現象是                           。
【定量探究】
（4）乙同學進一步探究假設3中固體的組成：
①乙同學查得一些物質在20℃的數據（如下表）后，將C中的澄清石灰水改為Ba(OH)₂溶液，其原因是           （雙選，填代號）

溶解度(S)/g		溶度積(Ksp)		摩爾質量(M)/g·mol－1
Ca(OH)2	Ba(OH)2	CaCO3	BaCO3	CaCO3	BaCO3
0.16	3.89	2.9×10-9	2.6×10-9	100	197

a．Ba(OH)₂溶解度大于Ca(OH)₂，能充分吸收CO₂
b．Ba(OH)₂為強堿，Ca(OH)₂為弱堿
c．吸收等量CO₂生成的BaCO₃的質量大于CaCO₃，測量誤差小
d．相同條件下，CaCO₃的溶解度明顯大于BaCO₃
②若所取藍綠色固體質量為54.2 g，實驗結束后裝置B的質量增加5.4 g，C中的產生沉淀的質量為39.4 g。則該藍綠色固體的化學式為                       。

Answer 1

CuCO₃（1分）
（1）1（1分）
（2）b（2分）；
（3）A中藍綠色固體變黑色，B中無水CuSO₄固體變藍，C中有白色沉淀產生（3分）【A、B、C中每個現象各1分】
（4）①ac（2分）【漏一個得1分，錯一個倒扣1分，扣完為止】
②2CuCO₃·3Cu(OH)₂、或3Cu(OH)₂·2CuCO₃或Cu₅(OH)₆(CO₃)₂（3分）

試題分析：CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合產生藍綠色沉淀的原因可能是銅離子和碳酸根離子發生雙水解反應生成Cu (OH)₂沉淀、銅離子與碳酸根離子結合生成CuCO₃沉淀、上述兩類反應均發生時生成的堿式碳酸銅沉淀；（1）由實驗現象可知，藍綠色固體受熱分解無CO₂生成，說明其組成中無碳酸銅，則只有假設1成立；（2）白色的無水CuSO₄遇水變藍，因此B裝置的無水氯化鈣改為無水硫酸銅，便可驗證上述所有假設；若A中固體變為黑色，B中白色固體變藍、C中澄清石灰水變渾濁，則假設3成立；（4）Ba(OH)₂、Ca(OH)₂溶解度分別為3.89g、0.16g，故a正確；Ba(OH)₂、Ca(OH)₂都是強堿，故b錯誤； BaCO₃、CaCO₃摩爾質量的數值分別為197、100，故c正確；CaCO₃、BaCO₃溶度積相差較小，故d錯誤；（5）由題意可知m(H₂O)=5.4g，m(BaCO₃)=39.4g，由m/M可知，n(H₂O)=0.3mol，n(BaCO₃)=0.2mol，由氫、碳守恒關系式nCuCO₃·mCu (OH)₂～mH₂O～nCO₂～nBaCO₃可知，m/n=0.3/0.2=3/2，則該物質化學式為分別為2CuCO₃·3Cu(OH)₂、或3Cu(OH)₂·2CuCO₃或Cu₅(OH)₆(CO₃)₂。