Question

2．某研究性學(xué)習(xí)小組為研究Cu與濃H₂SO₄的反應(yīng)，設(shè)計如下實(shí)驗(yàn)探究方案（裝置中的固定儀器和酒精燈均未畫出）

【小組交流摘錄學(xué)生1：加熱前，無現(xiàn)象發(fā)生；加熱后，液面下銅絲變黑，產(chǎn)生氣泡，有細(xì)小黑色顆粒狀物質(zhì)從銅絲表面進(jìn)入濃硫酸中，黑色物質(zhì)是什么？值得探究！學(xué)生2：，我也觀察到黑色顆粒狀物質(zhì)，后來逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛野咨�固體，我想該灰白色固體中的白色物質(zhì)極有可能是未溶于濃硫酸的CuSO4．學(xué)生3：你們是否注意到液面以上的銅絲也發(fā)黑，而且試管上部內(nèi)壁有少量淡黃色S固體凝聚，會不會液面以上的銅絲與硫發(fā)生了反應(yīng)，查資料發(fā)現(xiàn)：2Cu+S  Cu2S（黑色）．Cu2S不溶于稀硫酸．】
實(shí)驗(yàn)選用細(xì)銅絲、98.3% H₂SO₄、品紅溶液、澄清石灰水、CCl₄、Ba（NO₃）₂、NaOH溶液等藥品，銅絲被卷成螺旋狀，一端沒入濃H₂SO₄中，另一端露置在液面上方．
根據(jù)上述材料回答下列問題：
（1）A試管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O
（2）D、E、F三支試管中CCl₄的作用是防止倒吸；E試管中出現(xiàn)白色沉淀，其化學(xué)式為BaSO₄．
（3）加熱過程中，還觀察到A試管上部內(nèi)壁析出淡黃色固體物質(zhì)，再持續(xù)加熱濃硫酸（沸騰）時，淡黃色固體又慢慢地消失．寫出淡黃色固體消失的化學(xué)反應(yīng)方程式：S+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3SO₂↑+2H₂O
（4）對A試管中的濃H₂SO₄和銅絲進(jìn)行加熱，很快發(fā)現(xiàn)C試管中品紅溶液褪色，但最終未見D試管中澄清石灰水出現(xiàn)渾濁或沉淀．可能的原因是：由于SO₂產(chǎn)生的快而多且溶解度較大，Ca（OH）₂溶解度很小，生成了Ca（HSO₃）₂溶液的緣故
設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的猜想取樣后，向其中加氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成．
（5）學(xué)生1將濃硫酸液面下方變黑的銅絲，插入稀硫酸，黑色明顯變淺，溶液呈藍(lán)色；將溶液中的黑色顆粒狀物質(zhì)，經(jīng)過濾、稀硫酸洗、蒸餾水洗、干燥后放入足量氧氣流中充分加熱，然后冷卻，固體仍然為黑色，用天平稱重發(fā)現(xiàn)質(zhì)量減少10%左右．將稱量后固體放入稀硫酸中，發(fā)現(xiàn)可全部溶解，得到藍(lán)色溶液．則液面下方變黑的銅絲表面及進(jìn)入濃硫酸中的黑色物質(zhì)成分有CuO、CuS、Cu₂S．（寫化學(xué)式）

Answer 1

分析 （1）銅和濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水；
（2）二氧化硫和強(qiáng)堿、稀硝酸的反應(yīng)十分劇烈，二氧化硫也是污染氣體，要注意防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生；二氧化硫通過硝酸鋇溶液會形成稀硝酸，稀硝酸具有強(qiáng)氧化性，能氧化二氧化硫?yàn)榱蛩�，結(jié)合鋇離子形成硫酸鋇沉淀；
（3）硫在加熱時能和濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫和水；
（4）根據(jù)二氧化硫易溶于水，二氧化硫過量，反應(yīng)生成了亞硫酸氫鈣進(jìn)行解答；利用酸式鹽和強(qiáng)堿中的氫氧根反應(yīng)能得到正鹽設(shè)計方案；
（5）含有銅元素的常見黑色物質(zhì)有CuO、CuS、Cu₂S，結(jié)合實(shí)際來回答．

解答 解：（1）銅和濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）二氧化硫和強(qiáng)堿、稀硝酸的反應(yīng)十分劇烈，二氧化硫也是污染氣體，要注意防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生；二氧化硫通過硝酸鋇溶液會形成稀硝酸，稀硝酸具有強(qiáng)氧化性，能氧化二氧化硫?yàn)榱蛩�，結(jié)合鋇離子形成硫酸鋇沉淀，化學(xué)式為：BaSO₄，
故答案為：防止倒吸，BaSO₄ ；
（3）濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，硫在加熱時能和濃硫酸反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為S+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3SO₂↑+2H₂O，
故答案為：S+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3SO₂↑+2H₂O；
（4）猜想為：由于SO₂產(chǎn)生的快而多且溶解度較大，Ca（OH）₂溶解度很小，生成了Ca（HSO₃）₂溶液的緣故；Ca（HSO₃）₂能和強(qiáng)堿反應(yīng)生成溶解度較小的亞硫酸鈣，根據(jù)氫氧化鈉溶液能夠與亞硫酸氫鈣反應(yīng)生成亞硫酸鈣進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方案為：取樣后，向其中加氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成，
故答案為：由于SO₂產(chǎn)生的快而多且溶解度較大，Ca（OH）₂溶解度很小，生成了Ca（HSO₃）₂溶液的緣故；取樣后，向其中加氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成；
（5）將濃硫酸液面下方變黑的銅絲，插入稀硫酸、黑色明顯變淺，溶液呈藍(lán)綠色，說明黑色物質(zhì)部分溶于稀硫酸，故答案為：CuO、CuS、Cu₂S．

點(diǎn)評 本題考查了濃硫酸的化學(xué)性質(zhì)，題目難度中等，注意掌握濃硫酸具有的化學(xué)性質(zhì)，明確濃硫酸與銅反應(yīng)原理，（3）為難點(diǎn)和易錯點(diǎn)，注意根據(jù)題中信息進(jìn)行猜想和設(shè)計方案．