Question

銅及其化合物是工業生產和日常生活中常用的物質，下面是對銅及其化合物的探究．
問題一：硫酸銅溶液的配制
小明同學在實驗室配制硫酸銅溶液時意外地發現有時會出現少量白色渾濁，對此，他和化學興趣小組同學作出如下探究．

配置用水	有渾濁	有渾濁
自來水	無渾濁	有渾濁
市售純凈水	無渾濁	有渾濁
醫用純凈水	無渾濁	無渾濁

試驗編號	1	2	3	4	5	6	7
飽和溶液	2	4	6	8	16	32	128
現   象	白色渾濁→澄清

圖 1
（1）形成渾濁條件分析：小明分別作出如圖1配制方式，并記錄現象如下：
另外，他將配好的飽和且澄清的硫酸銅溶液滴入純凈水中有如上現象，在配制過程中形成白色渾濁的因素可能有

 

、

 

、

 

等，因此，在實驗室配制硫酸銅溶液時要用的配制用水是

 

 （選填“自來水、市售純凈水、醫用蒸餾水”）、在

 

（選填“較低溫度、較高溫度”）下配制稍濃些的硫酸銅溶液．
（2）白色渾濁成分分析．
[查閱資料]同學們上網查閱資料獲知：此白色沉淀是一種名為堿式硫酸銅的物質，它可溶于酸，其有多種可能的組成，如Cu₂（OH）₂SO₄、Cu₃（OH）₄SO₄或Cu₄（OH）₆SO₄等．為確定此次得到的白色沉淀究竟是哪種組成，小明設計實驗如下：
[設計實驗]稱取5.16g白色沉淀，分成兩等份：一份溶于足量的 中，向溶液中滴加足量的氯化鋇溶液，過濾、洗滌、干燥，得2.33g白色固體；將另一份固體在空氣中充分灼燒得到黑色固體1.60g．
[得出結論]通過計算確定該白色沉淀中Cu²⁺、OH^-、SO₄^2-的質量比為

 

，其化學式為

 

． （寫出計算過程，共4分）
問題二：氫氧化銅與葡萄糖反應產物的分析
利用新制氫氧化銅可以驗證葡萄糖的存在．下面是三個研究性學習小組分別從不同層面對此實驗開展的研究性學習活動：
Ⅰ．研究性學習小組甲對教材實驗結論葡萄糖與新制氫氧化銅反應生成的紅色沉淀是Cu2O，提出質疑，他們認為紅色沉淀不一定是氧化亞銅．為了確定紅色沉淀的成分，開展了如下研究：
提出猜想：紅色沉淀可能是

 

、

 

或二者混合物．
查閱資料：①氧化亞銅能與酸反應，得到+2價的銅離子和單質銅；②在空氣中灼燒氧化亞銅生成氧化銅；③銅能與稀硝酸反應生成硝酸銅、水和一氧化氮．
設計方案：方案1：取該紅色沉淀溶于足量的稀硝酸中，觀察溶液顏色變化；
方案2：取該紅色沉淀溶于足量的稀硫酸中，觀察是否有殘渣；
方案3：稱取紅色沉淀a g，在空氣中充分灼燒至完全變黑，并在干燥器里冷卻，再稱重，反復多次直到固體恒重，稱得質量為b g，比較a、b關系；
你認為合理的方案是

 

．
Ⅱ．研究性學習小組乙針對小組甲的質疑，設計新的探究方案，裝置如圖2所示．

①通入氫氣體積　　②反應前，紅色沉淀+硬質玻璃管的總質量
③完全反應后，紅色固體+硬質玻璃管的總質量　　④實驗前，干燥管（含其中固體）質量
⑤硬質玻璃管質量　　⑥鋅粒質量　　⑦稀硫酸中含溶質的量　　⑧實驗后，干燥管（含其中固體）質量　　（已知氫氣在加熱條件下能與金屬氧化物發生置換反應，且假設反應能完全進行）
A．②④⑤⑧B．②③⑤C．①⑥⑦D．①②⑤
你認為需要測定上述

 

 （選擇正確的字母填空）即可確定上述紅色沉淀成分．
Ⅲ．研究性學習小組丙上網查閱得知，“2005年諾貝爾化學獎授予了三位研究綠色化學的科學家”．綠色化學強調對環境友好，實現零排放．“變廢為寶”符合綠色化學要求．他們收集上述紅色沉淀制備化學試劑--膽礬（CuSO₄?5H₂O）．他們設計了一個簡單且符合綠色化學要求的實驗方案：將紅色固體反復灼燒后，用足量稀硫酸溶解，再將所得溶液蒸發結晶，減壓過濾，用少量95%的酒精淋洗晶體，晾干或用濾紙吸干．晶體用酒精淋洗而不用水洗的好處是：

 

．

Answer 1

分析：問題一：
（1）觀察表一，在10℃時，分別用自來水、市售純凈水、醫用蒸餾水配制硫酸銅溶液，自來水有渾濁，另外兩個無渾濁；說明有無渾濁現象與所選用的“水”有關，再細想這三種水的區別在于它們的純度不同．自來水純度最低，醫用蒸餾水純度最高．所以得出第一影響因素是水的純度．
用市售純凈水配制硫酸銅溶液時，在10℃無渾濁，30℃時有渾濁，說明渾濁的形成與溫度有關．
觀察表二，當把飽和且澄清的硫酸銅溶液滴入一定量的純凈水時，濃度越來越大．說明渾濁與溶液的濃度有關．
（2）白色渾濁分析
題目中告訴我們，堿式硫酸銅溶于酸，所以我們應該聯想到“一份溶于足量的__________中”填酸，常見的酸有稀鹽酸、稀硫酸，但這里不能用稀硫酸，因為加入的稀硫酸也能與后面加入的氯化鋇反應生成沉淀，使沉淀偏大．鹽酸與堿式硫酸銅反應生成氯化銅、水和硫酸銅．
根據書寫方程式的步驟：寫出反應方程式；
氯化鋇與硫酸銅反應的化學方程式為：CuSO₄+BaCl₂═BaSO₄↓+CuCl₂ ；
分別減少2.33g硫酸鋇中硫酸根（SO₄^2-）的質量；1.6gCuO中銅元素的質量（即Cu²⁺的質量）；一份白色沉淀中的質量；
即可求白色沉淀中Cu²⁺、OH^-、SO₄^2-的個數比；從而確定白色沉淀的化學式；
問題二：氫氧化銅與葡萄糖反應產物的分析
Ⅰ、緊緊圍繞“紅色”來猜想，因為銅也是紅色的，所以紅色沉淀可能是Cu、Cu₂O或者二者混合物．
【設計方案】：方案1：由于Cu、Cu₂O都能與稀硝酸反應，進行分析；
方案2：Cu₂O與稀硫酸反應有Cu生成，有殘渣，Cu不與稀硫酸反應有殘渣，進行解答；
方案3：銅在空氣中灼燒生成CuO，Cu₂O在空氣中灼燒也生成氧化銅，但兩者增加的質量不同；用極值法進行分析解答；
確定紅色沉淀物；
Ⅱ、解答此題時，應知道測定的原理；用此裝置測定物質組成通常在如下兩種途徑：
氫氣與Cu₂O反應的化學方程式為：Cu₂O+H₂

△   .

2Cu+H₂O．
結合裝置圖和化學方程式，硬質玻璃管+其中固體在反應前后質量差是Cu₂O中O的質量，通過氧的質量可求出Cu₂O的質量，再進一步判斷是否含有Cu；
一般不用測氫氣的體積、鋅粒、稀硫酸中溶質的方法，因為在用氫氣還原金屬氧化物時，通常需要先通一段時間氫氣，反應后還要再通一段時間氫氣，再加上氫氣并不都能與金屬氧化物反應，部分氫氣會白白浪費掉，所以實際參加反應氫氣的量很難測定．
Ⅲ、根據硫酸銅能溶于水但不能溶于酒精，進行分析解答．

解答：解：問題一：
（1）在配制過程中形成白色渾濁的因素可能有：溫度、水中雜質含量（或水的純度）、硫酸銅溶液的濃度；
在實驗室配制硫酸銅溶液時要在低溫下用醫用蒸餾水配制；
（2）氯化鋇與硫酸銅反應的化學方程式為：CuSO₄+BaCl₂═BaSO₄↓+CuCl₂ ．
2.33g硫酸鋇中硫酸根（SO₄^2-）的質量為：2.33×

32+16×4

137+32+16×4

×100%=2.33×

96

233

×100%=0.96g；
堿式硫酸銅在空氣灼燒產物為CuO、H₂O、SO₃．
1.6gCuO中銅元素的質量（即Cu²⁺的質量）：1.6×

64

80

×100%=1.28g；
 一份白色沉淀中OH^-的質量為：5.16g÷2-1.28g-0.96g=0.34g．
所以 白色沉淀中Cu²⁺、OH^-、SO₄^2-的個數比為：

1.28

64

：

0.34

17

：

0.96

96

=2：2：1；
所以白色沉淀的化學式為Cu₂（OH）₂SO₄ ；
問題二：
Ⅰ、緊緊圍繞“紅色”來猜想，因為銅也是紅色的，所以紅色沉淀可能是Cu、Cu₂O或者二者混合物；
【設計方案】：方案1：由于Cu、Cu₂O都能與稀硝酸反應，得到藍色溶液，所以不行；
方案2：Cu₂O與稀硫酸反應有Cu生成，有殘渣，Cu不與稀硫酸反應有殘渣，所以方案2不行；
方案3：銅在空氣中灼燒生成CuO，Cu₂O在空氣中灼燒也生成氧化銅，但兩者增加的質量不同．
agCu在空氣中灼燒，完全反應后質量變為

5

4

a g；
agCu₂O在空氣中灼燒，完全反應后質量變為

10

9

a g；
所以ag紅色沉淀在空氣中灼燒完全反應后，當b為

5

4

a g時紅色沉淀Cu；
當b為為

10

9

a g 時紅色沉淀 Cu₂O；
當

10

9

a g＜b＜

5

4

a g 時紅色沉淀為兩者混合物；
Ⅱ、解答此題時，應知道測定的原理；用此裝置測定物質組成通常在如下兩種途徑：
氫氣與Cu₂O反應的化學方程式為：Cu₂O+H₂

△   .

2Cu+H₂O．
結合裝置圖和化學方程式，硬質玻璃管+其中固體在反應前后質量差是Cu₂O中O的質量，通過氧的質量可求出Cu₂O的質量，再進一步判斷是否含有Cu；此法需要測定的數據：B  ②③⑤；
一般不用測氫氣的體積、鋅粒、稀硫酸中溶質的方法，因為在用氫氣還原金屬氧化物時，通常需要先通一段時間氫氣，反應后還要再通一段時間氫氣，再加上氫氣并不都能與金屬氧化物反應，部分氫氣會白白浪費掉，所以實際參加反應氫氣的量很難測定．
Ⅲ、硫酸銅能溶于水但不能溶于酒精，晶體用酒精淋洗而不用水洗的好處是可以獲得最多的晶體；
故答案為：（1）溫度；水中雜質含量（或水的純度）；硫酸銅溶液的濃度；醫用蒸餾水；較低溫度；
（2）64：17：48； Cu₂（OH）₂SO₄ ；
Ⅰ． 銅；氧化亞銅；方案三；
Ⅱ、B； 
Ⅲ、減少晶體溶解．

點評：本題主要考查學生運用所學化學知識綜合分析和解決實際問題的能力．增加了學生分析問題的思維跨度，強調了學生整合知識的能力．