Question

4．安徽省從2013年12月1日零時起，車用汽油升級為“國Ⅳ”標準，對二氧化硫的排放有了大大的改善．已知SO₂可以用Fe（ NO₃）₃溶液吸收，0.1mol/L的Fe（NO₃）₃溶液的pH=2某學習小組據此展開如下相關探究：
【探究Ⅰ】銅與濃硫酸的反應探究：
（l）取12.8g銅片于三頸燒瓶中，通N₂一段時間后再加入20mL 18mol•L^-1的濃硫酸，加熱．裝置A中有白霧（硫酸酸霧）生成，裝置B中產生白色沉淀，充分反應后，燒瓶中仍有銅片剩余．
①該小組同學認為燒瓶中除有銅片剩余外還應有較多的硫酸剩余，其原因是：隨著反應進行，硫酸變稀，與銅片不反應
②該小組同學欲通過測定產生氣體的量來求余酸的物質的量，設計了多種實驗方案．下列方案不可行的是AB
A．將產生的氣體緩緩通過預先稱量的盛有堿石灰的干燥管，結束反應后再次稱重
B．將產生的氣體緩緩通入足量硫酸酸化的高錳酸鉀溶液后，再加入足量的BaCl₂溶液，測量所得沉淀的質量
C．用排飽和NaHSO₃溶液的方法測定其產生氣體的體積（折算成標準狀況）
【探究Ⅱ】裝置B中產生沉淀的原因探究：
（2）加入濃硫酸之前先通N₂一段時間，其目的是排除空氣的干擾
（3）經過討論，該小組對裝置B中產生沉淀的原因，提出下列猜想（不考慮各因素的疊加）：
猜想1：裝置A中的白霧進入B參與反應
猜想2：SO₂被Fe³⁺氧化為SO₄^2-
猜想3：酸性條件下，SO₂被NO₃^-氧化為SO₄^2-
（4）甲同學認為只要在裝置A、B間增加洗氣瓶C，就可以排除裝置A中白霧影響，則C中盛放的試劑是NaHSO₃飽和溶液
（5）乙同學取出少量裝置B中清液，加入幾滴酸性高錳酸鉀，發現紫紅色褪去，據此認為猜想2成立．你是否同意其結論？并說明理由：不同意，溶解的SO₂也能使酸性高錳酸鉀溶液褪色
【思考與交流】
（6）實驗結束后，若使燒瓶中銅片繼續溶解，下列方案（必要時可加熱）可行的是ABC
A．打開彈簧夾，通入O₂
B．由分液漏斗加入H₂O₂溶液
C．由分液漏斗加入NaNO₃溶液
D．由分液漏斗加入Na₂SO₄溶液．

Answer 1

分析 【探究Ⅰ】銅與濃硫酸的反應探究：
（1）①銅和熱的濃硫酸反應生成二氧化硫、硫酸銅和水，隨濃度減小變化為稀硫酸后不能和銅繼續反應；
②測定SO₂的量必須做到不能在測量時損耗，便于測定分析，堿石灰能吸收二氧化硫和水，二氧化硫易溶于水，二氧化硫鋇高錳酸鉀溶液氧化；
【探究Ⅱ】裝置B中產生沉淀的原因探究：
（2）為排除空氣對實驗的干擾，滴加濃硫酸之前應先通入氮氣，將空氣排出；
（3）酸性條件下，Fe²⁺離子可以被NO₃^-，Fe³⁺氧化分析；
（4）甲同學認為只要在裝置A、B間增加洗氣瓶C，就可以排除裝置A中白霧影響，裝置中的溶液是和二氧化硫不反應，但能吸收硫酸酸霧的溶液，選擇飽和亞硫酸氫鈉溶液最好；
（5）乙同學取出少量裝置B中清液，加入幾滴酸性高錳酸鉀，發現紫紅色褪去，據此認為猜想2成立這種認識是錯誤的、不同意；因為溶解的SO₂也能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；
【思考與交流】
（6）依據裝置圖分析可知，
A、通入氧氣，發生反應：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
B、由分液漏斗加入H₂O₂溶液H₂O₂加熱分解產生氧氣，作用同A；
C、由分液漏斗加入NaNO₃溶液．在酸性條件下發生反應：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
D．由分液漏斗加入Na₂SO₄溶液不會發生任何反應．

解答 解：【探究Ⅰ】銅與濃硫酸的反應探究：
①銅和熱的濃硫酸反應銅作還原劑，硫酸作氧化劑，生成二氧化硫、硫酸銅和水，反應方程式為2H₂SO₄（濃）+Cu$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+2SO₂↑，隨著反應進行，硫酸變稀，與銅片不反應，燒瓶中除有銅片剩余外還應有較多的硫酸剩余，
故答案為：隨著反應進行，硫酸變稀，與銅片不反應；
②A．發生在加熱條件下進行．所以產生的氣體除了有SO₂外，還有水蒸汽，因此緩緩通過預先稱量的盛有堿石灰的干燥管，結束反應后再次稱重稱量的質量是SO₂和水蒸汽的質量和．無法計算剩余硫酸的質量，故A錯誤；
B．高錳酸鉀能把SO₂氧化為硫酸，由于是用硫酸酸化，所以再加入足量的BaCl₂溶液，測量所得沉淀是SO₂氧化的硫酸和加入的硫酸共同產生的硫酸鋇，故不能確定SO₂的多少，進而不能確定有多少硫酸沒有乘積反應，故B錯誤；
C．由于SO₂不能在飽和NaHSO₃溶液中溶解．所以可以用排飽和NaHSO₃溶液的方法測定其產生氣體的體積（折算成標準狀況）．來確定發生還原反應的硫酸的物質的量，進而可以計算出未參加反應的硫酸的物質的量，故C正確；
故答案為：AB；
【探究Ⅱ】裝置B中產生沉淀的原因探究：
（2）為排除空氣對實驗的干擾，滴加濃硫酸之前應先通入氮氣，將空氣排出，操作為打開彈簧夾，向裝置中通入一段時間的N₂，關閉彈簧夾，
故答案為：排除空氣的干擾；
（3）鐵離子和硝酸根離子兩種離子都氧化二氧化硫，猜想3：即SO₂酸性條件下NO₃^-反應，
故答案為：酸性條件下，SO₂被NO₃^-氧化為SO₄^2-；
（4）甲同學認為只要在裝置A、B間增加洗氣瓶C，就可以排除裝置A中白霧影響，則C中盛放的試劑應該只吸收SO₃但是不溶解或反應消耗SO₂，可以是NaHSO₃飽和溶液，
故答案為：NaHSO₃飽和溶液；
（5）證明該猜想2中生成的還原產物，某同學取少量溶液滴加幾滴酸性高錳酸鉀溶液，紫紅色褪去，該同學做法錯誤，因高錳酸鉀具有強氧化性，二氧化硫具有還原性，所以兩者發生氧化還原反應，SO₂也可以使酸性高錳酸鉀褪色，
故答案為：不同意，溶解的SO₂也能使酸性高錳酸鉀溶液褪色； 
【思考與交流】
（6）A、通入氧氣，發生反應：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，故A正確；
B、由分液漏斗加入H₂O₂溶液H₂O₂加熱分解產生氧氣，作用同A，故B正確；
C、由分液漏斗加入NaNO₃溶液．在酸性條件下發生反應：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，Cu溶解，故C正確；
D．由分液漏斗加入Na₂SO₄溶液不會發生任何反應，故D錯誤；
故答案為：ABC．

點評 本題考查銅與濃硫酸的反應的探究及產物SO₂的性質及檢驗的知識，實驗設計和物質性質的性質驗證，物質性質和裝置的理解應用，題目難度中等．