Question

3．某化學探究小組為探究能與碳反應的濃硫酸的最低濃度，設計了如圖實驗裝置進行實驗．
請回答下列問題：
（1）根據圖中所示組裝實驗裝置，在加人試劑前需進行的操作是檢驗裝置氣密性．
（2）向圓底燒瓶中加人20mL 18mol•L^-1硫酸和足量炭粉并加熱，燒瓶中發生反應的化學方程式為C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
（3）燒杯中盛有足量Na0H溶液，它吸收的物質是CO₂、SO₂（填化學式）；利用倒扣漏斗而不是將導管直接插入溶液，是為了防倒吸．
（4）待燒瓶中反應基本結束，撤去酒精燈，利用余熱使反應完全．然后從活塞a處通人足量空氣，目的是SO₂氣體全部進入燒杯中．該實驗裝置中使用長導管的目的是冷凝回流．
（5）將充分反應后的燒杯取下，向其中加人足量Ba（0H）₂溶液和稀硝酸．再經過濾、洗滌、干燥后稱得硫酸鋇的質量為27.96g，則能與碳反應的硫酸的濃度最低是6mol/L．

Answer 1

分析 有活塞或連接儀器的裝置實驗前必須檢驗裝置氣密性，加熱條件下碳和濃硫酸發生C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，因二氧化硫、二氧化碳與氫氧化鈉反應，為防止倒吸，吸收裝置利用倒扣漏斗而不是將導管直接插入溶液，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，以此解答該題．

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）加熱條件下碳和濃硫酸發生C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）反應生成二氧化碳、二氧化硫，可與氫氧化鈉溶液反應而被吸收，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：CO₂、SO₂；防倒吸；
（4）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，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：SO₂氣體全部進入燒杯中；冷凝回流；
（5）加入硝酸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27.96g為硫酸鋇沉淀，物質的量=$\frac{27.96g}{233g/mol}$=0.12mol，依據硫元素守恒，被氧化的硫酸為0.12mol，依據化學方程式可知，C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，反應的硫酸物質的量為0.24mol，剩余硫酸物質的量=18mol/L×0.020L-0.24mol=0.12mol，需要的最低濃度=$\frac{0.12mool}{0.02L}$=6mol/L，
故答案為：過濾、洗滌、干燥；6mol/L．

點評 本題以濃硫酸和Cu的反應為載體考查性質實驗方案設計，為高頻考點，涉及基本計算、基本操作、氧化還原反應等知識點，明確實驗基本操作、物質性質是解本題關鍵，注意實驗的評價，難點是（5）題分析解答．