碱式碳酸铜[化学式为Cu2(OH)2CO3,相对分子质量为222]加热完全分解后得到的黑色固体是什么呢?甲、乙、丙三位同学想通过实验探究,来确定该黑色固体的组成.
(1)提出问题:黑色固体是什么?
(2)猜想与假设:黑色固体可能是:①______;②可能是炭粉;③可能是炭粉和氧化铜的混合物.请你补充猜想①.作出这些猜想的依据是______.
(3)实验方案:他们称取了2.22g碱式碳酸铜在试管中高温加热使之完全分解,冷却至室温,称得黑色固体产物的质量为1.6g.
(4)实验反思:①甲同学经过思考后,认为可以排除猜想③,理由是______(用化学方程式表示).
②乙同学根据质量守恒定律:化学反应前后,元素的种类和质量都不变.通过对得到的数据进行计算,排除了猜想②,他的理由是(通过计算式说明)______.
(5)实验结论:结合甲、乙同学的探究和查阅资料,丙同学确认只有猜想①成立.
(6)实验拓展:丙同学想进一步探究该黑色固体的化学性质.他发现实验室有一瓶无色溶液,其标签严重破损(如图),老师告诉他该瓶试剂是硫酸、硫酸钠或硫酸镁溶液中的一种.他通过查阅资料得知常温下这三种物质的溶解度如下表:
物?质H2SO4Na2SO4MgSO4常温下的溶解度∕g与水以任意比互溶18.039.0丙同学根据以上信息,分析此溶液一定不是______溶液.为确定其成分,他取了少量黑色固体放入试管中,然后向其中滴加了一定量的该无色溶液后,发现黑色固体全部消失,溶液由无色变为蓝色.他确定该溶液为______.其反应的化学方程式为______.
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解:
(2)根据质量守恒定律可知,反应前后元素的种类不变;碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3的产物是有Cu、O、H、C中的一种或多种元素组合而成;结合题目信息(黑色粉末)可知,氧化铜和碳都是黑色固体;所以黑色物质还可能是氧化铜;
(4)①因为该反应在高温下进行,而碳和氧化铜在高温下可相互反应生成铜和二氧化碳,方程式是C+2CuOCu+CO2↑,所以不可能是二者的混合物,可以排除猜想③;
②2.22g碱式碳酸铜含碳元素的质量为×22.2g=1.2g≠1.6g,所以不可能是碳,排除了猜想②;
(6)硫酸的溶解度是能与水以任意比互溶,溶液中溶质的质量分数可以达到20%,可能是硫酸;
根据硫酸钠的溶解度,在该温度下,硫酸钠饱和溶液的溶质的质量分数为:×100%≈17%,即最大质量分数不会超过17%,而图中信息为20%,则一定不是硫酸钠溶液;
根据硫酸镁的溶解度,在该温度下,硫酸镁饱和溶液的溶质的质量分数是:×100%≈28.06%,即最大质量分数不会超过28.06%,可能是硫酸镁;
氧化铜与硫酸镁不反应,故不可能是硫酸镁;与氧化铜发生反应的是硫酸,生成硫酸铜和水,方程式是??H2SO4+CuO═CuSO4+H2O;
故