Question

【題目】某學習小組同學欲利用綠色粉末堿式碳酸銅[Cu2(OH)2CO3]制備金屬銅，并進行相關的實驗。

[實驗一]制備氧化銅并檢驗產物，裝置如下圖所示(省略夾持儀器)。

步驟一:打開彈簧夾，通入氮氣。

步驟二:關閉彈簧夾，將A、B、C裝置連接，并開始加熱至A中固體質量不變，停止加熱。

通入氮氣的作用是________________；實驗過程中，觀察到A中有黑色固體生成，B中無水硫酸銅變藍色、C中澄清石灰水變渾濁。堿式碳酸銅受熱分解除了生成氧化銅，還生成了________________。裝置C中反應的化學方程式為________________。

[實驗二]用[實驗一]中產生的氧化銅制備金屬銅。

方法1:用一定量碳粉與[實驗一] 中產生的氧化銅加熱制取銅并檢驗產物。

實驗過程中，觀察到G中溶液變渾濁。E 中試管內固體反應的化學方程式是________________；裝置F的作用是_____________________。

實驗反思:為何[實驗一]中步驟二需要加熱至A中固體質量不變,才停止加熱。分析可能的原因是____________________。

方法2:取適量[實驗一]中產生的氧化銅,依據下列實驗流程制取金屬銅。

步驟I中反應的化學方程式是________________，觀察到的現象是________________；步驟II中濾渣的成分是________________， 在濾渣中加入過量稀硫酸反應化學方程式是________________。

實驗反思:在[實驗二]中，你認為方法2優于方法1的理由是________________(寫一條)。

Answer 1

【答案】排出裝置內殘留的空氣 水和二氧化碳 防止石灰水倒流 確保堿式碳酸銅在實驗一中完全分解，防止干擾實驗二中方法1碳與氧化銅反應產物的檢驗 黑色固體溶解，溶液呈藍色 鐵、銅 方法1需要加熱，能耗較高

【解析】

[實驗一]步驟二：由于裝置內殘留有空氣，會影響無水硫酸銅和澄清石灰水質量變化，所以通入氮氣，將內部殘留的空氣排出；無水硫酸銅變為藍色，證明有水生成，澄清石灰水變渾濁說明有二氧化碳生成，所以除了黑色氧化銅外，還有水和二氧化碳生成；C中二氧化碳與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣沉淀和水，據此書寫化學方程式，注意配平及沉淀符號；

故答案為：排出裝置內殘留的空氣；水和二氧化碳；。

[實驗二]方法1：澄清石灰水變渾濁說明有二氧化碳生成，反應物為碳與氧化銅，在高溫條件下，生成銅和二氧化碳，據此書寫化學方程式；由于澄清石灰水可以吸收二氧化碳，容易造成內部壓強減小，澄清石灰水容易被壓入導管，造成倒吸，為了避免倒吸發生，采用F裝置作為緩沖；

故答案為：；防止石灰水倒流。

實驗反思：碳與氧化銅會生成二氧化碳，而實驗一中堿式碳酸銅也可分解生成二氧化碳，為了避免有殘留的堿式碳酸銅影響方案二中方法1產物的檢驗，需要確保堿式碳酸銅全部反應，直至質量不再變化，此時堿式碳酸銅被全部分解完畢；

故答案為：確保堿式碳酸銅在實驗一中完全分解，防止干擾實驗二中方法1碳與氧化銅反應產物的檢驗。

方法2：氧化銅與硫酸反應生成硫酸銅和水，據此書寫化學方程式；氧化銅為黑色固體，被硫酸溶解，而生成的硫酸銅溶于水形成藍色溶液，因此可以看到黑色固體溶解，溶液呈藍色；鐵金屬活動性強于銅，所以鐵與硫酸銅反應生成硫酸亞鐵和銅，因此濾渣為生成的銅和剩余的鐵；鐵與硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，銅不參與反應，據此書寫化學方程式；

故答案為：；黑色固體溶解，溶液呈藍色；鐵、銅；。

[實驗反思]：方法1的反應條件為高溫，需要加熱，能耗較高，而方法2不需要加熱，只需加入溶劑即可；

故答案為：方法1需要加熱，能耗較高。