Question

堿式碳酸銅是一種用途廣泛的化工原料。工業上可用酸性刻蝕廢液（主要含有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、H ⁺、Cl^-）制備，其制備過程如下：

Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺生成沉淀的pH如下：

物 質	Cu(OH)2	Fe (OH)2	Fe (OH)3
開始沉淀pH	4.2	5.8	1.2
完全沉淀pH	6.7	8.3	3.2

 
（1）濾渣的主要成分是              （寫化學式）。
（2）調節反應A后溶液的pH范圍應為        。選擇的試劑最合適的是     （填序號）。
a．氨水        b．稀硫酸         c．氫氧化鈉         d．碳酸銅
（3）反應B的溫度如過高，則所得藍綠色產品中可能會出現的雜質是            。
（4）將Na₂CO₃溶液滴入到一定量CuCl₂溶液中得到沉淀。用相應的離子方程式表示：
① 沉淀只有CuCO₃：                                      ；
② 沉淀只有Cu(OH)₂且放出氣泡：                                        。
（5）堿式碳酸銅的組成可表示為：aCuCO₃?bCu(OH)₂?cH₂O。要測定其組成，甲同學設計的實驗方案中需要如下五個步驟：①稱量樣品的質量；②高溫分解；③測出CO₂的質量；④測出水蒸汽的質量；⑤稱量CuO的質量。而乙同學認為除步驟②外，實驗只需測定四個量中的三個即可，則合理的組合為        （填序號，寫一組即可）。

Answer 1

（15分，除注明外每空2分）
（1）Fe(OH)₃ ；  （2）3.2～4.2；  d；   （3）CuO（名稱亦可）；
（4）①Cu²⁺+CO₃^2－=CuCO₃↓；②Cu²⁺+CO₃^2－+H₂O= Cu(OH)₂↓+ CO₂↑；
（5）①③④（或①③⑤、①④⑤）（3分）

解析試題分析：（1）對比原料和目標產物的成分，可以猜測該流程各個步驟的主要目的，反應A是為了氧化亞鐵離子，調節pH是為了使鐵離子全部變為氫氧化鐵沉淀，過濾是為了除去鐵元素，因此濾渣的主要成分是Fe(OH)₃，反應B是制取堿式碳酸銅，第二次過濾是為了除去可溶性鹽；（2）讀表中信息，根據流程中原料和目標產物的組成，調節溶液pH時，應使鐵離子完全沉淀，而銅離子不能開始沉淀，因此溶液pH應介于3.2～4.2之間；若選擇氨水，會引入銨根離子等雜質，故a選項錯誤；若選擇稀硫酸，會引入硫酸根離子等雜質，故b選項錯誤；若選擇氫氧化鈉，會引入鈉離子等雜質，故c選項錯誤；若選擇碳酸銅，不僅能除去雜質，而且引入的銅離子能增大目標產物的量，故d選項正確；（3）若反應B的溫度過高，產生的堿式碳酸銅可能分解生成黑色的氧化銅固體，使制備的目標產物不純；（4）碳酸根離子與銅離子結合生成碳酸銅沉淀，即Cu²⁺+CO₃^2－=CuCO₃↓；銅離子與碳酸根離子發生雙水解反應，生成氫氧化銅沉淀和二氧化碳氣體，即Cu²⁺+CO₃^2－+H₂O= Cu(OH)₂↓+ CO₂↑；（5）堿式碳酸銅高溫分解的原理為：aCuCO₃?bCu(OH)₂?cH₂O (a+b)CuO+(b+c)H₂O↑+aCO₂↑，由于各物質的摩爾質量數值上等于式量，n=m/M，該反應中堿式碳酸銅、氧化銅、水蒸氣、二氧化碳的系數之比等于物質的量之比，只需要進行①③④（或①③⑤、①④⑤）實驗，就可以計算出堿式碳酸銅的組成中a、b、c的值。
考點：考查物質制備化學工藝流程，涉及濾渣組成的推斷、除雜時調節溶液pH的范圍、選擇合適的除雜試劑、解釋溫度過高可能引入雜質的成分、離子方程式、熱分解法測定堿式碳酸銅組成的實驗設計方案等。