Question

4．某化學課外興趣小組為探究銅與濃硫酸的反應，用圖1所示的裝置進行實驗：

請回答下列問題：
（1）B是用來收集實驗中產(chǎn)生氣體的裝置，但未將導管畫全，請將裝置圖補充完整．
（2）實驗中他們取6.4g銅片和12mL 18mol•L^-1濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，直到反應停止，最后發(fā)現(xiàn)燒瓶中還有銅片剩余，該小組中的同學認為還有一定量的硫酸剩余．
①寫出銅與濃硫酸反應的化學方程式：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，實驗中若有m g銅參加了反應，則有$\frac{m}{64}$mol硫酸被還原．
②下列試劑中，能證明反應停止后燒瓶中有硫酸剩余的是D（填寫字母編號）．
A．硫酸鈉溶液      B．氯化鋇溶液      C．銀粉        D．碳酸鈉溶液
（3）為了測定剩余硫酸的物質的量濃度，該小組設計了以下三種實驗方案．
說明方案二不可行的原因，計算方案三中測定的剩余硫酸的物質的量濃度：
①方案一：將裝置A產(chǎn)生的氣體緩緩通過已稱量的裝有堿石灰的干燥管，反應停止后再次稱量，兩次質量差即是吸收的二氧化硫的質量．請判斷方案一是否可行不可行；
②方案二：將裝置A產(chǎn)生的氣體緩緩通入足量的用硫酸酸化的高錳酸鉀溶液，再加入足量的氯化鋇溶液，過濾、洗滌、干燥，稱得沉淀的質量即二氧化硫轉化為硫酸鋇沉淀的質量．說明方案二不可行的原因沉淀的質量一部分是高錳酸鉀溶液中起酸化作用的硫酸與氯化鋇反應而產(chǎn)生的；
③方案三：當銅和濃硫酸的反應結束后，在裝置A中加入足量的鋅粉，用排水法測得產(chǎn)生氫氣的體積為V L（已換算為標準狀況）．計算：剩余硫酸的物質的量濃度為（假設反應后溶液的體積仍為12mL）$\frac{V}{22.4×0.012}$mol/L．
（4）如圖2所示，某同學改進上述實驗裝置，先關閉活塞a，加熱至燒瓶中不再有氣泡產(chǎn)生時，再打開活塞a，將氣球中的氧氣緩緩擠入燒瓶，銅片慢慢減少直至完全消失．
寫出上述過程打開活塞a后A裝置中所發(fā)生的化學反應方程式2Cu+2H₂SO₄+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O（或2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O）．

Answer 1

分析 （1）銅和濃硫酸加熱一生成二氧化硫氣體，二氧化硫比空氣重，用向上排氣法收集，進氣的導氣管長進短處；
（2）①銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水；依據(jù)反應方程式計算被還原的硫酸的物質的量；
②通過證明反應后的溶液中存在氫離子，可以證明硫酸有剩余；
（3）方案一，堿石灰增重為二氧化硫和水蒸氣的質量分析；
方案二，硫酸鋇沉淀是二氧化硫被氧化為硫酸生成的硫酸鋇沉淀和硫酸酸化高錳酸鉀溶液，氣酸化作用的硫酸生成的硫酸鋇沉淀；
方案三，依據(jù)生成氫氣計算硫酸物質的量結合濃度概念計算剩余硫酸濃度；
（4）依據(jù)裝置圖和實驗步驟分析，裝置A中在關閉a后加熱燒瓶反應，銅和濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，再打開活塞a，將氣球中的氧氣緩緩擠入燒瓶，銅片慢慢消失是銅和氧氣反應生成氧化銅，氧化銅和硫酸反應生成硫酸銅和水．

解答 解：（1）銅和濃硫酸加熱一生成二氧化硫氣體，二氧化硫比空氣重，用向上排氣法收集，進氣的導氣管長進短處，圖中補進氣管伸入近集氣瓶底，裝置圖為：，故答案為：；
（2）①銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應的化學方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，根據(jù)化學方程式可知若有m g銅物質的量為$\frac{m}{64}$mol參加了反應，被還原硫酸物質的量為$\frac{m}{64}$mol，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；$\frac{m}{64}$；
②能證明反應停止后燒瓶中有硫酸剩余，只要證明氫離子的存在即可，當不能依據(jù)溶液中存在硫酸根離子而證明濃硫酸有剩余，
A．硫酸鈉溶液不與氫離子反應，無法證明硫酸有剩余，故A錯誤；
B．氯化鋇溶液能證明硫酸根離子存在，但不能證明氫離子存在，故B錯誤；
C．銀粉和稀硫酸不反應，則不能證明氫離子的存在，故C錯誤；
D．碳酸鈉溶液和氫離子反應生成二氧化碳氣體，有氣體生成可以證明反應后的溶液中存在氫離子，從而證明明溶液中存在稀硫酸，故D正確；
故答案為：D；       
（3）方案一：銅和濃硫酸反應生成的二氧化硫氣體中含有水蒸氣，堿石灰吸收的質量為二氧化硫和水蒸氣，故該方案不可行，
故答案為：不可行；
方案二：生成的沉淀是高錳酸鉀溶液中起酸化作用的硫酸與氯化鋇反應而產(chǎn)生的沉淀和二氧化硫被氧化為硫酸生成的硫酸鋇沉淀，不全是二氧化硫轉化為硫酸生成的沉淀，
故答案為：沉淀的質量一部分是高錳酸鉀溶液中起酸化作用的硫酸與氯化鋇反應而產(chǎn)生的；   
方案三：依據(jù)化學方程式Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，生成氫氣物質的量=$\frac{V}{22.4}$mol，所以剩余稀硫酸濃度為：$\frac{V}{22.4×0.012}$mol/L，
故答案為：$\frac{V}{22.4×0.012}$mol/L；
（4）裝置圖和實驗步驟可知，先關閉活塞a，加熱至燒杯中不再有氣泡產(chǎn)生時，停止反應，此時燒瓶中銅片仍有剩余，此時反應為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；再打開活塞a，將氣球中的氧氣緩緩擠入燒瓶，銅片慢慢消失，發(fā)生的反應為：2Cu+2H₂SO₄+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O；或2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O，
故答案為：2Cu+2H₂SO₄+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O（或2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O）．

點評 本題通過濃硫酸的性質考查了性質實驗方案的設計與評價，題目難度中等，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的想、理解能力，注意熟練掌握濃硫酸與銅的反應原理，明確性質實驗方案的設計及評價原則．