Question

19．某研究性學(xué)習(xí)小組欲探究銅與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)物的組成及性質(zhì)．甲同學(xué)以裝置I進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：加熱后，試管A中液面上產(chǎn)生大量白霧，銅片表面先變黑后開始溶解，同時(shí)發(fā)現(xiàn)試管B中出現(xiàn)白色沉淀．反應(yīng)結(jié)束后，試管A中得到灰綠色溶液，底部沉積少量白色固體，未溶解的銅片表面仍有黑色物質(zhì)附著．傾倒出液體后，向白色固體上小心加水，溶解后溶液呈藍(lán)色．結(jié)合查閱資料，完成下列填空．
【查閱資料】：①Cu₂S不溶于稀硫酸，能夠溶于熱的稀硝酸中，且產(chǎn)生SO₄^2-離子．
②98.3%濃硫酸的沸點(diǎn)：339℃； ③酒精燈火焰的溫度為400〜500℃

（1）試管B中白色沉淀的化學(xué)式是BaSO₄，請(qǐng)用離子方程式表示生成該白色沉淀的可能原因Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓、2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O=2BaSO₄↓+4H⁺．
（2）乙同學(xué)認(rèn)甲同學(xué)的裝置不完善，設(shè)計(jì)了改進(jìn)裝置II進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（夾持裝置和A中加熱裝置已略，氣密性已檢驗(yàn)）．①打開彈簧夾，通入N₂一段時(shí)間后關(guān)閉彈簧夾
②滴加一定量濃硫酸，加熱A，一段時(shí)間后C中未見沉淀生成．
操作①的目的是排除裝置內(nèi)的空氣（O₂），洗氣瓶B中的試劑是H₂O．
（3）丙同學(xué)取乙實(shí)驗(yàn)后的C中溶液少許，滴加一種無色溶液，也產(chǎn)生不溶于鹽酸的白色沉淀，丙滴加的試劑可能是C．
A．NaOH溶液    B．NaAlO₂溶液    C．H₂O₂溶液   D．酸性 KMnO₄溶液
（4）探究上述實(shí)驗(yàn)過程中銅表面產(chǎn)生的黑色固體組成，某同學(xué)猜想可能為CuO或Cu₂S的一種，將未溶解的表面有黑色物質(zhì)附著的銅濾出、清洗、干燥、磨碎．下列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠確認(rèn)上述同學(xué)猜想的是BC．
A．取少量樣品加入稀硝酸加熱觀察是否溶解，試管口是否有氣體變紅棕色
B．取少量樣品加入稀硫酸充分振蕩，觀察溶液是否變藍(lán)色
C．取少量樣品加入足量稀硝酸加熱，溶解，加入BaCl₂檢驗(yàn)是否產(chǎn)生SO₄^2-離子
（5）取上述反應(yīng)的燒瓶中殘留物制備CuSO₄•5H₂O晶體，殘留物去除不溶物后中緩緩加入適量水，溶解、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥稱重得該晶體．

Answer 1

分析 （1）Cu與濃H₂SO₄發(fā)生的主要反應(yīng)為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，二氧化硫中+4價(jià)的硫具有還原性，易被空氣中的氧氣氧化成+6的硫生成硫酸根離子，硫酸根離子和鋇離子形成硫酸鋇沉淀，霧狀濃硫酸揮發(fā)出來的硫酸與B試管中的水反應(yīng)生成硫酸，硫酸根離子和鋇離子反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀；
（2）氮?dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定，排凈裝置中的空氣中的氧氣，以驗(yàn)證上述原理是否正確；為除去反應(yīng)中帶出的霧狀硫酸，可以將氣體通過H₂O吸收；
（3）乙實(shí)驗(yàn)后的C中的溶液會(huì)溶有SO₂，題中不溶于鹽酸的白色沉淀應(yīng)是BaSO₄，所以要加一種無色氧化劑；
（4）Cu能夠與稀硝酸反應(yīng)生成氮的氧化物，結(jié)合信息：Cu₂S不溶于稀硫酸，能夠溶于熱的稀硝酸中，且產(chǎn)生SO₄^2-離子分析；
（5）從硫酸銅溶液中制取CuSO₄•5H₂O晶體，需要蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥稱重．

解答 解：（1）甲同學(xué)以裝置I進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：加熱后，試管A中液面上產(chǎn)生大量白霧，為揮發(fā)出的三氧化硫，銅片表面先變黑后開始溶解，主要反應(yīng)為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，同時(shí)發(fā)現(xiàn)試管B中出現(xiàn)白色沉淀．反應(yīng)結(jié)束后，試管A中得到灰綠色溶液，為硫酸銅溶液，底部沉積少量白色固體為硫酸銅固體，未溶解的銅片表面仍有黑色物質(zhì)附著，可能為硫化銅等其它物質(zhì)．傾倒出液體后，向白色固體上小心加水，溶解后溶液呈藍(lán)色，進(jìn)一步說明白色固體是硫酸銅，霧狀濃硫酸揮發(fā)出來的硫酸進(jìn)入B試管中，電離出的硫酸根離子和鋇離子反應(yīng)：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓；Cu與濃H₂SO₄反應(yīng)生成的二氧化硫中+4價(jià)的硫具有還原性，易被空氣中的氧氣氧化成+6的硫生成硫酸根離子，硫酸根離子和鋇離子形成硫酸鋇沉淀，反應(yīng)為：2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O=2BaSO₄↓+4H⁺，
故答案為：BaSO₄；Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓；2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O=2BaSO₄↓+4H⁺；
（2）操作a通入N₂目的是排出裝置中的O₂，C中未見沉淀生成，說明B中的試劑能吸收揮發(fā)出的H₂SO₄且不產(chǎn)生新的雜質(zhì)，還不能與SO₂反應(yīng)，故該試劑應(yīng)是H₂O，
故答案為：排除裝置內(nèi)的空氣（O₂）； H₂O；
（3）乙實(shí)驗(yàn)后的C中的溶液會(huì)溶有SO₂，題中不溶于鹽酸的白色沉淀應(yīng)是BaSO₄，所以要加一種氧化劑，滴加的是一種無色溶液，酸性KmnO₄溶液是紫色，NaOH溶液、NaAlO₂溶液無氧化性，則只能是H₂O₂溶液，
故答案為：C；
（4）A．Cu能夠與稀硝酸反應(yīng)生成氮的氧化物，濾出物中含有Cu，所以試管口有氣體變紅棕色也不能證明有硫化亞銅，故A錯(cuò)誤；
B．Cu₂S和Cu都不溶于稀硫酸，而CuO能夠溶于稀硫酸，所以取少量樣品加入稀硫酸充分振蕩，若觀察溶液變藍(lán)色，說明含有CuO，故B正確；
C．CuO和Cu與硝酸反應(yīng)不能生成硫酸根離子，Cu₂S能夠溶于熱的稀硝酸中，且產(chǎn)生SO₄^2-離子，所以取少量樣品加入足量稀硝酸加熱溶解，若加入BaCl₂檢驗(yàn)有SO₄^2-離子產(chǎn)生，證明有硫化亞銅，故C正確；
故答案為：BC；
（5）因結(jié)晶水合物防止結(jié)晶水損失，需冷卻結(jié)晶，所以從硫酸銅溶液中制取CuSO₄•5H₂O晶體，需要蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥稱重，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶．

點(diǎn)評(píng) 本題是以研究探究銅與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)物的組成及性質(zhì)為載體考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，涉及離子方程式的書寫，氧化劑的選擇、物質(zhì)的檢驗(yàn)等，培養(yǎng)了學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力，題目難度中等．