Question

7．有甲、乙兩位同學根據所學化學知識，設計了由銅和硫酸為原料制取硫酸銅的兩種方案：
①銅與濃硫酸加熱直接反應，即Cu→CuS0₄
②將銅加到熱的稀硫酸中并通入空氣來制備硫酸銅，即由Cu→CuO→CuSO₄試回答：
（1）寫出方案①的化學反應方程式Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，這兩種方案，你認為哪一種方案比較合理？②．（答編號），理由是無污染物產生，節(jié)約原料
（2）實驗室采用方案①銅與濃硫酸加熱直接反應制取硫酸銅時，會有氣體產生，若將產生的氣體通入盛有品紅溶液的試管中，現象是品紅溶液褪色；若將Cl₂通入品紅溶液中也能看到同樣的現象，如果不從氣體顏色上去判斷，到底是SO₂還是Cl₂導致了上述現象的發(fā)生，應怎樣操作才能做出判斷：對褪色的溶液加熱，若恢復紅色則是二氧化硫的漂白性，若加熱不能恢復溶液顏色，證明為氯氣導致的品紅溶液褪色，SO₂與下列五種有色溶液作用，均能褪色，其實質相同的是：②③⑤（填序號）
①品紅、②酸性KMnO₄、③溴水、④滴有酚酞的NaOH溶液⑤淀粉---碘溶液
（3）如果實驗所需的濃硫酸是用接觸法制取的，現有1.6t 75%的FeS₂（雜質不含硫元素）的硫鐵礦，理論上能制得98%的濃硫酸質量為2×10⁶ 克．
（4）如果將3.2g Cu與足量的濃硫酸在加熱條件下充分反應，則被還原的硫酸的物質的量為0.05mol．如果把反應后的溶液稀釋至500mL，取出50mL，向其中加入足量的BaCl₂溶液，得到沉淀23.3g，則稀釋后所得溶液中SO₄^2-的物質的量濃度為2mol/L．把產生的氣體全部緩緩通入100mL a mol/L的NaOH溶液中，若反應物均無剩余，則a的取值范圍是0.5≤b≤1．

Answer 1

分析 ①銅與濃硫酸加熱直接反應，生成二氧化硫，會污染環(huán)境，二氧化硫具有漂白性，使品紅褪色，且二氧化硫為酸性氧化物；
②由Cu→CuO→CuSO₄，不生成有害氣體，且消耗酸少，以此來解答．
（1）銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應過程中生成污染性氣體，方案②無污染性氣體生成，原料消耗少；
（2）二氧化硫具有漂白性，可觀察到品紅褪色，若通入盛有石蕊試液的試管中，看到的現象是溶液變色紅色，氯氣和水反應生成的次氯酸具有漂白性，可以使品紅溶液褪色，二氧化硫與酸性KMnO₄、溴水、淀粉碘溶液都發(fā)生氧化還原反應，都能使溶液褪色，而與滴有酚酞的NaOH溶液發(fā)生復分解反應使溶液褪色，使品紅褪色是二氧化硫的漂白性，據此答題；
（3）根據硫元素守恒計算；
（4）根據n=$\frac{m}{M}$計算出銅的物質的量，再結合反應方程式計算出被還原的硫酸的物質的量；23.3g沉淀為硫酸鋇，根據n=$\frac{m}{M}$計算出硫酸鋇的物質的量，再根據n=$\frac{n}{V}$計算出硫酸根離子的濃度；根據銅的量計算出生成二氧化硫的物質的量，再結合反應生成亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉分別計算出b的值，從而得出其取值范圍．

解答 解：（1）銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應的方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，因①生成有害氣體，②中不生成有害氣體，且消耗酸少，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；②；無污染物產生，節(jié)約原料；
（2）方案①銅與濃硫酸加熱直接反應制取硫酸銅時，會有氣體二氧化硫產生，若將產生的氣體通入盛有品紅溶液的試管中，二氧化硫具有漂白性，可觀察到品紅褪色，若將Cl₂通入品紅溶液中也能看到同樣的現象，如果不從氣體顏色上去判斷，可以通過漂白性的可逆性分析設計，對褪色的溶液加熱，若恢復紅色則是二氧化硫的漂白性，若加熱不能恢復溶液顏色，證明為氯氣導致的品紅溶液褪色，二氧化硫與酸性KMnO₄、溴水、淀粉碘溶液都發(fā)生氧化還原反應，都能使溶液褪色，而與滴有酚酞的NaOH溶液發(fā)生復分解反應使溶液褪色，使品紅褪色是二氧化硫的漂白性，故選②③⑤，
故答案為：品紅溶液褪色；對褪色的溶液加熱，若恢復紅色則是二氧化硫的漂白性，若加熱不能恢復溶液顏色，證明為氯氣導致的品紅溶液褪色；②③⑤；
（3）1.6t 75%的FeS₂（雜質不含硫元素）的硫鐵礦中硫元素的物質的量為（1.6×10⁶×75%÷120）×2mol=2×10⁴mol，根據硫元素守恒可知，硫酸的物質的量也為2×10⁸mol，所以98%的濃硫酸質量為$\frac{2×1{0}^{4}×98}{98%}$g=2×10⁶g，
故答案為：2×10⁶；
（4）Cu與足量的濃硫酸在加熱條件下充分反應的化學方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂+2H₂O，3.2g銅的物質的量為：$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，反應生成二氧化硫為0.05mol，而濃硫酸被還原生成二氧化硫，則被還原的硫酸的物質的量為0.05mol，23.3g硫酸鋇的物質的量為：$\frac{23.3g}{233g/mol}$=0.1mol，則稀釋后溶液中硫酸根離子的物質的量為0.1mol，其濃度為：$\frac{0.1mol}{0.05L}$=2mol/L，3.2g銅的物質的量為：$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，根據反應方程式可知，0.05mol銅完全反應生成0.05mol二氧化硫，100mL amol•L^-1的NaOH溶液中含有氫氧化鈉的物質的量為：amol/L×0.1L=0.1amol，當氫氧化鈉與二氧化硫反應生成亞硫酸鈉時，消耗氫氧化鈉的物質的量為：0.1amol=0.05mol×2，解得：a=1，當二者反應生成亞硫酸氫鈉時，消耗氫氧化鈉的物質的量為：0.1amol=0.05mol，解得：a=0.5，所以b的范圍為：0.5≤a≤1，
故答案為：0.05mol；2mol/L； 0.5≤b≤1．

點評 本題考查化學實驗方案的評價、有關范圍討論的化學計算，題目難度較大，試題知識點較多、計算量較大，充分考查學生的分析、理解能力及化學計算能力，注意掌握討論法在化學計算中的應用方法．