Question

5．為研究銅與濃硫酸的反應，某化學興趣小組進行了如下實驗：

（1）裝置A中發生反應的化學方程式為Cu+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）實驗過程中，能證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素的現象是D裝置中黑色固體顏色無變化，E裝置中溶液褪色．
（3）實驗過程中裝置A的試管底部出現了白色固體，其成分可能為CuSO₄，檢驗其成分的實驗方法是將反應后的混合物過濾，濾渣加水溶解，如果形成藍色溶液，則為硫酸銅固體．
（4）裝置E中觀察到的現象是品紅溶液褪色，若要證明該裝置中反應具有可逆性，請寫出實驗操作與現象：加熱褪色后的品紅溶液，溶液恢復紅色_．
（5）若F中盛有40mL.2.5mol•L^-1 NaOH溶液，實驗結束后測得溶液質量增加了4.8g，寫出F中發生反應的離子方程式：3SO₂+4OH^-═2HSO₃^-+SO₃^2-+H₂O．

Answer 1

分析 加熱條件下，Cu和濃硫酸發生氧化還原反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，水具有揮發性，溫度越高揮發性越強，所以生成的二氧化硫中含有水蒸氣，水蒸氣能使無水硫酸銅變藍色；濃硫酸具有吸水性，能干燥二氧化硫氣體；氫氣具有還原性，能將黑色的氧化銅粉末還原為紅色Cu；二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色；二氧化硫屬于酸性氧化物且有毒，不能直接排空，可以用堿性溶液吸收．
（1）裝置A中是銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水；
（2）實驗過程中，要證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素，只要證明生成的氣體中含有二氧化硫不含氫氣即可；
（3）根據銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，因為與濃硫酸反應所以試管底部出現了白色固體，其成分可能為硫酸銅固體，利用它溶于水會形成藍色溶液檢驗；
（4）裝置E是品紅溶液，它的作用是檢驗二氧化硫的存在，根據褪色的品紅溶液加熱會恢復品紅證明該裝置中反應可逆性；
（5）F中盛有40mL.2.5mol•L^-1 NaOH溶液吸收多余的二氧化硫尾氣，所以實驗結束后測得溶液質量增加了4.8g即為二氧化硫的質量，據此計算確定反應物系數關系寫反應的離子方程式．

解答 解：（1）裝置A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，故答案為：Cu+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素，利用元素化合價變化生成的產物分析判斷，若生成氫氣，D裝置會黑色變化為紅色，若生成二氧化硫E裝置中品紅會褪色，所以證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素的實驗現象是，D裝置中氧化銅黑色不變化，說明無氫氣生成，E裝置中品紅試液褪色說明生成了二氧化硫氣體，
故答案為：D裝置中黑色固體顏色無變化，E裝置中溶液褪色；
（3）因為銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，因為與濃硫酸反應所以試管底部出現了白色固體，其成分可能為硫酸銅固體，經過過濾向固體中加水溶解，如果形成藍色溶液，則為硫酸銅固體；
故答案為：CuSO₄；將反應后的混合物過濾，濾渣加水溶解，如果形成藍色溶液，則為硫酸銅固體；
（4）裝置E是品紅溶液，通入二氧化硫使品紅溶液褪色，證明該裝置中反應可逆性的實驗操作及現象為加熱褪色的品紅溶液，恢復紅色證明吸收了二氧化硫，證明反應氣體中含有二氧化硫氣體；故答案為：品紅溶液褪色；加熱褪色后的品紅溶液，溶液恢復紅色；
（5）F中盛有40mL.2.5mol•L^-1 即0.04×2.5=0.1molNaOH溶液吸收多余的二氧化硫尾氣，所以實驗結束后測得溶液質量增加了4.8g即為二氧化硫的質量，則n（SO₂）=$\frac{4.8g}{64g/mol}$=0.075mol，所以F中發生反應的離子方程式為3SO₂+4OH^-═2HSO₃^-+SO₃^2-+H₂O，故答案為：3SO₂+4OH^-═2HSO₃^-+SO₃^2-+H₂O．

點評 本題以濃硫酸和銅的反應為載體考查性質實驗方案設計，涉及氣體制取、氣體檢驗、反應方程式的配平、方程式的計算等知識點，綜合性較強，明確反應原理及基本操作是解本題關鍵，知道二氧化硫、氫氣的檢驗方法及順序，題目難度中等．