Question

3．某學校課外學習活動小組針對教材中銅與濃硫酸反應，提出了探究“能夠與銅反應的硫酸的最低濃度是多少？”的問題，并設計了如下方案進行實驗：
實驗試劑：18mol/L硫酸20mL，純銅粉足量，足量2mol/LNaOH溶液
請根據實驗回答問題：
（1）首先根據如圖組裝實驗裝置，并在加入試劑前先進行檢驗裝置氣密性操作．
（2）燒杯中用NaOH溶液吸收的物質是SO₂（填化學式），利用倒置的漏斗而不是將導氣管直接深入燒杯中的目的是防倒吸．
（3）加熱燒瓶20分鐘，燒瓶中發生反應的化學方程式是：Cu+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．待燒瓶中反應基本結束，撤去酒精燈，利用余熱使反應進行完全．然后由導管a 通入足量的空氣，以確保燒瓶中的SO₂氣體全部進入燒杯中．在該實驗裝置中的長導管（填儀器名稱）起到了確保燒瓶中液體體積在反應前后基本保持不變的作用．
（4）充分反應后將燒杯取下，向其中先加入足量氯水，再加入足量的BaCl₂溶液，然后依次進行過濾、洗滌、干燥、（填操作名稱）后稱量沉淀的質量為13.98g，據此計算出能與銅反應的硫酸的最低濃度是12mol/L．

Answer 1

分析 （1）裝置是氣體發生裝置，需要在開始時檢查裝置的氣密性；
（2）二氧化硫是污染性氣體不能排放到空氣中，需要用氫氧化鈉溶液吸收，利用倒置的漏斗而不是將導氣管直接伸入燒杯中是防止液體倒吸；
（3）燒瓶中是銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，裝置中長導氣管兼起導氣冷凝的作用，使水蒸氣冷凝回流；
（4）加入過氧化氫把亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，加入氯化鋇溶液反應生成硫酸鋇沉淀，通過過濾、洗滌、干燥得到沉淀稱量計算硫元素物質的量，依據硫元素守恒結合化學方程式計算需要反應的硫酸最低濃度．

解答 解：（1）實驗裝置是制備二氧化硫氣體的發生裝置，在實驗前需要檢驗裝置氣密性，防止裝置漏氣影響實驗，
故答案為：檢驗裝置氣密性；
（2）二氧化硫是污染性氣體不能排放到空氣中，需要用氫氧化鈉溶液吸收，利用倒置的漏斗而不是將導氣管直接伸入燒杯中是防止液體倒吸，
故答案為：SO₂；防倒吸；
（3）燒瓶中是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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，裝置中長導氣管兼起導氣冷凝的作用，使水蒸氣冷凝回流，起到了確保硫酸溶液體積保持不變的作用；
故答案為：Cu+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；長導管；
（4）加入過氧化氫把亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，加入氯化鋇溶液反應生成硫酸鋇沉淀，通過過濾、洗滌、干燥得到沉淀，稱量固體的質量為13.98g為硫酸鋇沉淀，物質的量=$\frac{13.98g}{233g/mol}$=0.06mol，依據硫元素守恒，被氧化的硫酸為0.06mol，依據化學方程式可知，Cu+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，反應的硫酸物質的量為0.12mol，剩余硫酸物質的量=18mol/L×0.020L-0.12mol=0.24mol，剩余需要的最低濃度=$\frac{0.24mol}{0.02L}$=12mol/L，
故答案為：過濾、洗滌；干燥；12mol/L．

點評 本題考查了濃硫酸性質的分析應用，實驗設計方法的設計方法，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．