Question

某化學課外興趣小組為探究銅跟濃硫酸的反應情況，設計了下圖所示裝置進行有關實驗：

(1)先關閉活塞a，將6.4 g銅片和10 mL 18 mol/L的濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱至反應完成，發現燒瓶中還有銅片剩余。再打開活塞a，將氣球中的氧氣緩緩擠入圓底燒瓶，最后銅片完全消失。
①寫出上述過程中圓底燒瓶內發生反應的化學方程式：
打開活塞a之前___________________________________________________；
打開活塞a之后___________________________________________________。
②B是用來收集實驗中產生的氣體的裝置，但集氣瓶內的導管未畫全，請直接在圖上把導管補充完整。
(2)實際上，在打開活塞a之前硫酸仍有剩余。為定量測定余酸的物質的量，甲、乙兩學生進行了如下設計：
①甲學生設計的方案是：先測定銅與濃硫酸反應產生SO₂的量，再通過計算確定余酸的物質的量。他測定SO₂的方法是將裝置A產生的氣體緩緩通過裝置D，從而測出裝置A產生氣體的體積(已折算成標準狀況下)。你認為甲學生設計的實驗方案中D裝置中的試劑為______________________(填化學式)。
②乙學生設計的方案是：將反應后的溶液冷卻后全部移入到燒杯中稀釋，并按正確操作配制100 mL溶液，再取20 mL于錐形瓶中，用________作指示劑，用標準氫氧化鈉溶液進行滴定[已知：Cu(OH)₂開始沉淀的pH約為5]，選擇該指示劑的理由為__________________________________________________；再求出余酸的物質的量，若耗去a mol/L氫氧化鈉溶液b mL，則原余酸的物質的量為________mol(用含a、b的表達式來表示)。

Answer 1

(1)①Cu＋2H₂SO₄(濃) CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O　2Cu＋2H₂SO₄＋O₂=2CuSO₄＋2H₂O　②
(2)①飽和NaHSO₃　②甲基橙　Cu(OH)₂開始沉淀的pH約為5，若用酚酞作指示劑時溶液中的Cu^2＋會和NaOH反應，Cu(OH)₂的藍色會干擾滴定終點的正確判斷

(1)①濃硫酸具有強氧化性，加熱條件下與Cu反應：Cu＋2H₂SO₄(濃) CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O；有O₂存在時，Cu與稀硫酸發生反應：2Cu＋2H₂SO₄＋O₂=2CuSO₄＋2H₂O。
②SO₂的密度大于空氣的密度，用向上排空氣法收集，所以B裝置中導管應長進短出。
(2)①用排液體法測氣體體積，為了減小誤差，氣體的溶解度應盡可能的小，選擇飽和NaHSO₃溶液。
②由于Cu(OH)₂開始沉淀的pH約為5，應選擇變色范圍接近的指示劑，以減小滴定誤差，故選擇甲基橙作指示劑。設余酸的物質的量為n，消耗NaOH的物質的量為：a mol/L×b×10^{－3 L}＝ab×10^－3 mol。
H₂SO₄　＋　2NaOH=Na₂SO₄＋2H₂O
　1　　　　　2
n×   ab×10^－3 mol
故n＝ mol，即原余酸的物質的量為 mol。