Question

1．某實驗小組同學探究了銅與濃硫酸的反應，實驗裝置如圖（1）所示．（夾持裝置與A中加熱裝置已略，裝置氣密性已檢驗）

實驗操作和現象：

實驗序號	操作	現象
實驗一	關閉彈簧夾，滴加一定量濃硫酸，加熱	A中： （I）加熱初期，Cu片表面變黑，溶液近乎無色 （II）繼續加熱，銅片表面產生氣泡，形成黑色濁液，三口瓶底部有灰黑色固體沉積 （III）繼續加熱，有大量白霧生成，濁液變澄清，三口瓶底部有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色），Cu片消失B中有氣泡冒出，溶液褪色
實驗二	停止加熱，冷卻，將三口瓶中的上清液倒入盛有水的燒杯中	三口瓶中留有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色） 燒杯中溶液溫度升高，溶液只略帶藍色

（1）B溶液褪色，表明實驗中產生的氣體具有漂白性．
（2）三口瓶中的白色固體是CuSO₄，驗證你這一猜想的實驗方案是取少量白色固體溶于水，溶液呈藍色，說明固體中含有銅離子，向溶液中滴加氯化鋇溶液并加入稀鹽酸，出現白色沉淀，說明固體中含有硫酸根離子．
（3）A中產生該白色固體的化學方程式是2H₂SO₄（濃）+Cu$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（4）結束實驗，拆除裝置之前，為避免裝置中的氣體污染環境，應當采取的操作是向A中大量鼓入氮氣或空氣．
（5）A中產生的大量白霧，甲同學認為是硫酸沸騰后硫酸蒸氣與水形成的酸霧．在不改變實驗裝置的情況下，甲同學設計實驗初步證實其想法可能是正確的．甲同學的方案是將品紅溶液換為鹽酸酸化的氯化鋇溶液，實驗前先通入一段時間氮氣，然后再加入裝置A完成實驗，若氯化鋇溶液中出現白色沉淀，則甲的想法可能是正確的．
（6）有人認為實驗過程中A中的黑色固體是CuO，乙同學認為不正確，其理由是CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O（用化學方程式表示）．
（7）為研究A中黑色固體的成分，丙同學猜想其可能含有硫化銅或硫化亞銅．
查閱資料：硫化銅和硫化亞銅常溫下均不溶于稀硫酸；在氧氣氣流中煅燒，均轉化為氧化銅和二氧化硫．
丙同學收集到足夠的黑色固體后，完成下列實驗：

①黑色固體的成分及物質的量是CuS0.001mol、Cu₂S0.005mol
②若A中黑色固體與濃硫酸反應能得到澄清的溶液，請寫出該反應的化學方程式：5Cu₂S+CuS+34H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$11CuSO₄+29SO₂↑+34H₂O．

Answer 1

分析 實驗一、（I）加熱初期，Cu片表面變黑，溶液近乎無色，此時銅被氧化生成氧化銅，為黑色固體；
（II）繼續加熱，銅片表面產生氣泡，形成黑色濁液，三口瓶底部有灰黑色固體沉積，銅與濃硫酸反應生成硫酸銅和二氧化硫，黑色固體為氧化銅、硫化銅或硫化亞銅；
（III）繼續加熱，有大量白霧生成，濁液變澄清，三口瓶底部有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色），說明生成硫酸銅，Cu片消失B中有氣泡冒出，溶液褪色，說明生成二氧化硫，且有其它氣體，可能為硫化氫；
實驗二、三口瓶中留有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色），燒杯中溶液溫度升高，溶液只略帶藍色，說明生成硫酸銅．
（1）使品紅褪色，說明具有漂白性；
（2）三口瓶中的白色固體是CuSO₄，如檢驗是否硫酸銅，可分別檢驗陽離子和陰離子；
（3）在加熱條件下銅與濃硫酸發生氧化還原反應生成硫酸銅、二氧化硫和水；
（4）向A中大量鼓入氮氣或空氣可使二氧化硫被完全吸收；
（5）形成酸霧的原因可能是生成二氧化硫所致，也可能為硫酸沸騰后硫酸蒸氣與水形成的酸霧，硫酸與氯化鋇反應，但二氧化硫雨氯化鋇溶液不反應；
（6）如果黑色固體是CuO，與硫酸發生反應而溶解，發生CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，如為硫化銅和硫化亞銅，常溫下均不溶于稀硫酸；
（7）①黑色固體加入稀硫酸后過濾，濾液加入氫氧化鈉溶液未見生成沉淀，說明沒有反應，0.896g固體可能為CuS或Cu₂S或二者的混合物，在氧氣中灼燒恒重，質量為0.880g，設含有xmolCuS，ymolCu₂S，列方程計算；
②若A中黑色固體與濃硫酸反應能得到澄清的溶液，方程式為5Cu₂S+CuS+34H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$11CuSO₄+29SO₂↑+34H₂O．

解答 解：實驗一、（I）加熱初期，Cu片表面變黑，溶液近乎無色，此時銅被氧化生成氧化銅，為黑色固體；
（II）繼續加熱，銅片表面產生氣泡，形成黑色濁液，三口瓶底部有灰黑色固體沉積，銅與濃硫酸反應生成硫酸銅和二氧化硫，黑色固體為氧化銅、硫化銅或硫化亞銅；
（III）繼續加熱，有大量白霧生成，濁液變澄清，三口瓶底部有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色），說明生成硫酸銅，Cu片消失B中有氣泡冒出，溶液褪色，說明生成二氧化硫，且有其它氣體，可能為硫化氫；
實驗二、三口瓶中留有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色），燒杯中溶液溫度升高，溶液只略帶藍色，說明生成硫酸銅．
（1）B為品紅溶液，溶液褪色，說明生成氣體具有漂白性，故答案為：漂白；
（2）三口瓶中的白色固體是CuSO₄，如檢驗是否硫酸銅，可分別檢驗陽離子和陰離子，方法是取少量白色固體溶于水，溶液呈藍色，說明固體中含有銅離子，向溶液中滴加氯化鋇溶液并加入稀鹽酸，出現白色沉淀，說明固體中含有硫酸根離子，
故答案為：CuSO₄；取少量白色固體溶于水，溶液呈藍色，說明固體中含有銅離子，向溶液中滴加氯化鋇溶液并加入稀鹽酸，出現白色沉淀，說明固體中含有硫酸根離子；
（3）在加熱條件下銅與濃硫酸發生氧化還原反應，方程式為2H₂SO₄（濃）+Cu$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：2H₂SO₄（濃）+Cu$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（4）拆除裝置前，不需打開膠塞，就可使裝置中殘留氣體完全被吸收，應當采取的操作是向A中大量鼓入氮氣或空氣，
故答案為：向A中大量鼓入氮氣或空氣；
（5）形成酸霧的原因可能是生成二氧化硫所致，也可能為硫酸沸騰后硫酸蒸氣與水形成的酸霧，如檢驗是否是硫酸，可將品紅溶液換為鹽酸酸化的氯化鋇溶液，實驗前先通入一段時間氮氣，然后再加入裝置A完成實驗，若氯化鋇溶液中出現白色沉淀，則甲的想法可能是正確的，
故答案為：將品紅溶液換為鹽酸酸化的氯化鋇溶液，實驗前先通入一段時間氮氣，然后再加入裝置A完成實驗，若氯化鋇溶液中出現白色沉淀，則甲的想法可能是正確的；
（6）如果黑色固體是CuO，與硫酸發生反應而溶解，發生CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，如為硫化銅和硫化亞銅，常溫下均不溶于稀硫酸，
故答案為：CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
（7）①黑色固體加入稀硫酸后過濾，濾液加入氫氧化鈉溶液未見生成沉淀，說明沒有反應，0.896g固體可能為CuS或Cu₂S或二者的混合物，在氧氣中灼燒恒重，質量為0.880g，設含有xmolCuS，ymolCu₂S，則$\left\{\begin{array}{l}{96x+160y=0.896}\\{80x+160y=0.880}\end{array}\right.$，x=0.001mol，y=0.005mol，
故答案為：CuS0.001mol、Cu₂S0.005mol；
②若A中黑色固體與濃硫酸反應能得到澄清的溶液，方程式為5Cu₂S+CuS+34H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$11CuSO₄+29SO₂↑+34H₂O，
故答案為：5Cu₂S+CuS+34H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$11CuSO₄+29SO₂↑+34H₂O．

點評 本題是以研究探究銅與濃硫酸反應產物的組成及性質為載體考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力，涉及離子方程式的書寫，氧化劑的選擇、物質的檢驗等，培養了學生靈活運用知識的能力，題目難度中等．