Question

5．某學習小組探究銅跟濃硫酸反應的情況．取6.4g銅片和10mL 18mol•L^-1的濃硫酸放在圓底燒瓶中，按右圖所示裝置進行實驗．
（1）銅和濃硫酸反應的化學方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）實驗結束后，發現廣口瓶中產生白色沉淀，加入足量鹽酸后沉淀幾乎完全溶解．簡要分析廣口瓶中產生沉淀的主要原因：燒杯中的溶液倒吸入廣口瓶中，與BaCl₂溶液反應生成BaSO₃沉淀．
（3）實驗結束后，發現燒瓶中有銅片剩余．根據所學知識，他們認為燒瓶中還有較多的硫酸剩余．選擇合適的試劑，設計簡單易行的實驗方案證明有余酸：取少量余液于試管中，加入足量Fe粉（或Na₂CO₃溶液），有氣體產生證明有余酸．供選擇的試劑：鐵粉、銀粉、BaCl₂溶液、Na₂CO₃溶液
（4）甲同學設計如下方案：測定產生氣體的量，再計算余酸的濃度．下列測定產生氣體的量的實驗方法中，不可行的是abc（填編號）．
a．將氣體緩緩通過預先稱量、盛有堿石灰的干燥管，反應結束后再次稱量
b．將氣體通入硫酸酸化的KMnO₄溶液，再加足量BaCl₂溶液，過濾、洗滌、干燥，稱量沉淀
c．用排水法測定產生氣體的體積
d．用排飽和NaHSO₃的方法測定產生氣體的體積
（5）乙同學設計通過酸堿中和滴定來測定余酸的濃度：待燒瓶冷卻至室溫后，將其中的溶液用蒸餾水稀釋至100mL，移取25mL到錐形瓶中，滴加2滴酚酞試液，用標準NaOH溶液滴至終點．平行實驗三次．
①稀釋時，應先往燒杯（填儀器名稱）中加入蒸餾水（填“燒瓶中的溶液”或“蒸餾水”）．
②該方法測得的余酸濃度偏大（填“偏大”、“偏小”或“準確”）．
（6）丙設計了測定余酸濃度的較為簡易的實驗方案：取出反應后剩余的銅片，進行洗滌、干燥、稱量．若稱得剩余銅片的質量為3.2g，反應后溶液體積變化忽略不計，則剩余硫酸的物質的量濃度為8mol/L．

Answer 1

分析 （1）銅與濃硫酸在加熱條件下反應生成硫酸銅、二氧化硫氣體和水；
（2）二氧化硫不與二氧化硫反應，但是二氧化硫容易與氫氧化鈉溶液反應生成亞硫酸鈉，若發生倒吸現象，則亞硫酸鈉與鋇離子反應生成亞硫酸鋇沉淀；
（3）證明硫酸有剩余，需要證明反應后的溶液中含有大量氫離子，據此設計實驗方案；
（4）堿石灰能吸收二氧化硫和水；硫酸酸化高錳酸鉀后，影響了二氧化硫的測定；二氧化硫易溶于水，不能使用排水法測量氣體體積，據此進行判斷；
（5）①稀釋濃硫酸時，應該將濃硫酸加入蒸餾水中；
②酚酞的變色范圍為8-10，所以滴定終點時溶液的pH=8，則加入的氫氧化鈉溶液比剩余溶液中氫離子的物質的量大，測定結果偏大；
（6）根據反應方程式可知，反應消耗的硫酸的物質的量是銅的2倍，據此可以計算出消耗的硫酸的濃度及剩余硫酸的物質的量濃度．

解答 解：（1）銅與濃硫酸反應的化學方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）由于氯化鋇不與二氧化硫反應，若生成了白色沉淀，該白色沉淀只能為亞硫酸鋇，說明燒杯中的溶液倒吸入廣口瓶中，亞硫酸鈉與BaCl₂溶液反應生成BaSO₃沉淀，
故答案為：燒杯中的溶液倒吸入廣口瓶中，與BaCl₂溶液反應生成BaSO₃沉淀；
（3）實驗結束后，發現燒瓶中有銅片剩余，由于稀硫酸不與銅反應，則燒瓶中還有較多的硫酸剩余，證明硫酸有剩余，需要證明反應后的溶液中含有大量氫離子，可以用金屬鐵或碳酸鈉溶液檢驗，方法為：取少量余液于試管中，加入足量Fe粉（或Na₂CO₃溶液），有氣體產生證明有余酸，
故答案為：取少量余液于試管中，加入足量Fe粉（或Na₂CO₃溶液），有氣體產生證明有余酸；
（4）a．將裝置產生的氣體緩緩通過預先稱量過盛有堿石灰的干燥管，結束反應后再次稱量，由于氣體中含有水蒸氣，堿石灰會吸收二氧化硫和水蒸氣，稱量后計算不準確，故a錯誤；
b．將氣體通入硫酸酸化的KMnO₄溶液，由于硫酸能夠與氯化鋇反應生成硫酸鋇，干擾了二氧化硫的測定，所以不能用硫酸酸化高錳酸鉀溶液，故b錯誤；
c．二氧化硫易溶于水，測量出的二氧化硫不準確，故c錯誤；
d．用排飽和NaHSO₃溶液的方法測出裝置A產生氣體的體積，二氧化硫在飽和NaHSO₃溶液中的溶解度降低，可以用排水量氣方法進行二氧化硫的氣體體積測定，故d正確；
故答案為：abc；
（5）①濃硫酸密度大于水，稀釋時放出大量熱，所以稀釋時，應先往燒杯中加入蒸餾水，然后再慢慢加入反應后燒杯中的溶液，
故答案為：燒杯；蒸餾水；
②用酚酞做指示劑，溶液變色時的pH=8＞7，則滴定終點時加入的氫氧化鈉稍過量，導致測定結果偏大，
故答案為：偏大；
（6）反應的銅的物質的量為：n（Cu）=$\frac{6.4g-3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，
根據反應Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O可知，反應消耗的硫酸的物質的量是銅的2倍，則反應消耗的硫酸的物質的量為：0.05mol×2=0.1mol，
則反應消耗的硫酸的濃度為：$\frac{0.1mol}{0.01L}$=10mol/L，
所以反應后剩余硫酸的濃度為：18mol/L-10mol/L=8mol/L，
故答案為：8mol/L．

點評 本題考查了濃硫酸的化學性質、性質實驗方案的設計，題目難度中等，明確實驗目的為解答關鍵，注意掌握性質實驗方案的設計原則及濃硫酸的性質，試題側重考查學生的分析及化學實驗、化學計算能力．