Question

2．某化學課外興趣小組探究銅與濃硫酸的反應情況及某些產物的性質．
（Ⅰ）甲、乙兩同學進行了下列實驗：取一定量的銅片和20mL 18mol/L的濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，直至反應完畢，最后發現燒瓶中還有銅片剩余，同時根據所學的知識認為還有較多硫酸剩余．
（1）銅與濃硫酸反應的化學方程式是：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．可以證明有余酸的實驗方案是ad（填字母）．
a．再加入適量NaNO₃固體   b．再滴入BaCl₂溶液    c．再加入銀    d．再滴入Na₂CO₃溶液
（2）甲同學設計求余酸濃度的實驗方案是測定產生氣體的量．下列方案中不可行的是ac（填字母）．
a．將產生的氣體緩緩通過預先稱量的盛有堿石灰的干燥管，反應結束后再次稱量
b．將產生的氣體緩緩通入酸性高錳酸鉀溶液，再加入足量BaCl₂溶液，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀
c．用排水法測定其產生氣體的體積（折算成標準狀況）
d．用排飽和NaHSO₃溶液的方法測出其產生氣體的體積（折算成標準狀況）
（3）乙同學設計測定余酸濃度的實驗方案是：測定反應后的混合液中Cu²⁺的量．在反應后的溶液中加入足量Na₂S溶液，充分反應后，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀的質量為W g，測得反應后溶液的體積為V mL．則剩余硫酸的物質的量濃度為$\frac{0.36-\frac{W}{48}}{V{×10}^{-3}}$mol/L（用含W、V的代數式表示）．
（Ⅱ）丙同學探究SO₂與BaCl₂溶液能否反應生成白色BaSO₃沉淀．
丙同學先將產生的氣體通過盛有飽和NaHSO₃溶液的洗氣瓶，再緩緩通入BaCl₂溶液中，觀察到有少量白色沉淀生成，檢驗白色沉淀，發現沉淀全部不溶于稀鹽酸，該沉淀的生成表明SO₂具有還原性性．用一個離子方程式解釋生成此沉淀的原因2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺．

Answer 1

分析 （Ⅰ）（1）銅與濃硫酸在加熱條件下反應生成硫酸銅、二氧化硫氣體和水；證明硫酸有剩余，需要證明溶液中有剩余的氫離子，根據硝酸根離子在酸性條件下具有強氧化性及氫離子能與碳酸鹽反應進行分析；
（2）堿石灰能吸收二氧化硫和水；二氧化硫易溶于水，不能使用排水法測量氣體體積；
（3）Cu²⁺與S^2-反應生成黑色沉淀CuS，根據n=$\frac{m}{M}$計算出硫化銅的物質的量，從而得出銅離子的物質的量，再結合反應方程式計算出消耗硫酸的物質的量，然后根據硫酸的總物質的量計算出反應后溶液中硫酸的物質的量，最后根據c=$\frac{n}{V}$計算出剩余硫酸的濃度；
（Ⅱ）該白色沉淀為硫酸鋇，說明二氧化硫被氧化成硫酸根離子，據此寫出反應的離子方程式，證明了二氧化硫具有還原性．

解答 解：（Ⅰ）（1）在加熱條件下，銅與濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫氣體和水，反應方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
硝酸根離子在酸性溶液中具有強氧化性，能夠氧化金屬銅，加入硝酸鈉后，溶液中銅會繼續溶解，則證明溶液中含有剩余的氫離子；即使沒有余酸溶液中也有硫酸根離子，能與氯化鋇反應生成沉淀，所以氯化鋇溶液無法判斷硫酸是否有剩余；稀硫酸與銀不反應；氫離子能與碳酸鹽反應，若有能使澄清的石灰水變渾濁的氣體生成，則說明有余酸，所以ad正確，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；ad；
（2）堿石灰能吸收二氧化硫和水，故不能測出二氧化硫的質量；二氧化硫易溶于水，不能用排水法測體積，所以不可行的方案為ac，
故答案為：ac；
（3）Cu²⁺與S^2-反應生成黑色沉淀：Cu²⁺+S^2-=CuS↓，則生成CuS的物質的量為：$\frac{Wg}{96g/mol}$=$\frac{W}{96}$mol，根據反應Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O可知，反應消耗的硫酸的物質的量為：$\frac{W}{96}$mol×2=$\frac{W}{48}$mol，
20mL 18mol/L的濃硫酸中含有硫酸的物質的量為：18mol/L×0.02L=0.36mol，反應后的溶液中剩余硫酸的物質的量為：0.36mol-$\frac{W}{48}$mol，則剩余硫酸的物質的量濃度為：c=$\frac{0.36mol-\frac{W}{48}mol}{V×1{0}^{-3}L}$=$\frac{0.36-\frac{W}{48}}{V{×10}^{-3}}$ mol/L，
故答案為：$\frac{0.36-\frac{W}{48}}{V{×10}^{-3}}$；
（Ⅱ）先將產生的氣體通過盛有飽和NaHSO₃溶液的洗氣瓶，再緩緩通入BaCl₂溶液中，觀察到有少量白色沉淀生成，檢驗白色沉淀，發現沉淀全部不溶于稀鹽酸，說明生成的沉淀為BaSO₄，發生反應為：2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺，證明了二氧化硫具有還原性，
故答案為：還原；2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺．

點評 本題考查了濃硫酸的化學性質、性質實驗方案的設計，題目難度中等，明確實驗目的為解答關鍵，注意掌握性質實驗方案的設計原則及濃硫酸的性質，試題側重考查學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．