Question

4．過量的銅與濃硫酸在加熱條件下的反應會因硫酸濃度下降而停止．為測定反應殘余清液中硫酸的濃度，探究小組同學提出的下列實驗方案：
甲方案：與足量BaCl₂溶液反應，稱量生成的BaSO₄質量．
乙方案：與足量鋅反應，測量生成氫氣的體積．
回答下列問題：
（1）判定甲方案不可行，理由是加入足量的BaCl₂溶液只能求出硫酸根離子的量，而不能求出剩余硫酸的濃度．
（2）甲同學用圖1所示裝置進行乙方案的實驗．
①檢查此裝置氣密性的方法連接裝置后，向量氣管右端注水，直到左右兩邊管子形成一段液面差，一段時間后液面差不變．
②使Y形管中的殘余清液與鋅粒反應的正確操作是將Zn粒轉移到稀硫酸中．殘余清液與鋅粒混合后的現象表面析出暗紅色固體，有大量氣泡，鋅粒部分溶解．
③反應完畢，每間隔1分鐘讀取氣體體積、氣體體積逐漸減小，直至體積不變．氣體體積逐次減小的原因是該反應放熱，氣體未冷卻（排除儀器和實驗操作的影響因素）．
（3）乙同學擬選用圖2實驗裝置完成實驗：
①你認為最簡易的裝置其連接順序是：A接E接D接G（填接口字母，可不填滿）
②實驗開始時，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開其活塞，一會兒后殘余清液就不能順利滴入錐形瓶．其原因是鋅與殘余清液中硫酸銅反應生成銅，銅鋅形成原池，使鋅與硫酸反應速率加快，反應生成大量氣體且放熱，導致錐形瓶內壓強增大．
③乙同學滴入錐形瓶中的殘余清液體積為amL，測得量筒中水的體積為bmL（假設體系中氣體為標準狀況），殘余清液中硫酸的物質的量濃度的表達式$\frac{b-a}{22.4a}$mol/L（用a、b表示）
④某學生想用排水法收集氫氣，并檢驗其純度，應選擇圖3中集氣裝置B（填A或B）．

Answer 1

分析 （1）根據稱量生成的BaSO₄質量可求出硫酸根離子的量，但沒有溶液的體積；
（2）①用液壓法檢驗裝置氣密性，連接裝置后，向量氣管右端注水，直到左右兩邊管子形成一段液面差，一段時間后液面差不變；
②將固體加入液體中，Zn粒與銅離子反應生成銅單質，并且生成氣體，實驗現象是表面析出暗紅色固體，有大量氣泡，鋅粒部分溶解；
③此反應為放熱反應，氣體受熱膨脹，未冷卻；
（3）①測量氫氣的體積，量筒內導管應伸入量筒底部，否則，壓入的水可能會粘到量筒壁上，導致誤差，所以最簡易的裝置其連接順序EDG；
②鋅與殘余清液中硫酸銅反應生成銅，銅鋅形成原池，使鋅與硫酸反應速率加快，反應生成大量氣體且放熱，導致錐形瓶內壓強增大；
③根據題意可知，氫氣的體積為（b-a）mL，1mol硫酸能生成1mol氫氣，所以殘余清液中硫酸的物質的量為$\frac{（b-a）×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，根據c=$\frac{n}{V}$求出硫酸的物質的量濃度；
④氫氣密度比空氣小，用排水法收集氫氣，應短進．

解答 解：（1）沒有溶液的體積，加入足量的BaCl₂溶液只能求出硫酸根離子的量，而不能求出剩余硫酸的濃度；
故答案為：加入足量的BaCl₂溶液只能求出硫酸根離子的量，而不能求出剩余硫酸的濃度；
（2）①用液壓法檢驗裝置氣密性，連接裝置后，向量氣管右端注水，直到左右兩邊管子形成一段液面差，一段時間后液面差不變
故答案為：連接裝置后，向量氣管右端注水，直到左右兩邊管子形成一段液面差，一段時間后液面差不變；
②將固體加入液體中，Zn粒與銅離子反應生成銅單質，并且生成氣體，實驗現象是表面析出暗紅色固體，有大量氣泡，鋅粒部分溶解
故答案為：Zn粒；稀硫酸；表面析出暗紅色固體，有大量氣泡，鋅粒部分溶解；
③此反應為放熱反應，氣體受熱膨脹，未冷卻；
故答案為：該反應放熱，氣體未冷卻；
（3）①測量氫氣的體積，最簡易的裝置其連接順序EDG；
故答案為：E；D；G；
②鋅與殘余清液中硫酸銅反應生成銅，銅鋅形成原池，使鋅與硫酸反應速率加快，反應生成大量氣體且放熱，導致錐形瓶內壓強增大
故答案為：鋅與殘余清液中硫酸銅反應生成銅，銅鋅形成原池，使鋅與硫酸反應速率加快，反應生成大量氣體且放熱，導致錐形瓶內壓強增大；
③根據題意可知，氫氣的體積為（b-a）mL，1mol硫酸能生成1mol氫氣，所以殘余清液中硫酸的物質的量為$\frac{（b-a）×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，其物質的量濃度c=$\frac{n}{V}$=$\frac{\frac{（b-a）×1{0}^{-3}}{22.4}}{a×1{0}^{-3}}$mol/L=$\frac{b-a}{22.4a}$mol/L；
故答案為：$\frac{b-a}{22.4a}$mol/L；
④氫氣密度比空氣小，用排水法收集氫氣，應短進，
故答案為：B．

點評 本題考查了主要過量的銅與濃硫酸反應后溶液中硫酸濃度的測定，涉及裝置的分析，實驗現象分析和化學計算，題目難度中等，注意物質性質的掌握．