Question

5．某研究性學習小組為了研究Cu與濃H₂SO₄的反應，設計如下實驗探究方案（裝置中的固定儀器和酒精燈均未畫出）

實驗選用細銅絲、98.3%H₂SO₄、品紅溶液、澄清石灰水、CC1₄、NaOH溶液等藥品，銅絲被卷成螺旋狀，一端沒入濃H₂SO₄中，另一端露置在液面上方．
以下是該學習小組部分交流記錄及后續探究實驗的記錄．
材料一：小組交流滴錄
學生1：加熱前，無現象發生；加熱后，液面下銅絲變黑，產生氣泡，有細小黑色顆粒狀物質從銅絲表面進入濃硫酸中，黑色物質是什么？值得探究！
學生2：我也觀察到黑色顆粒狀物質，后來逐漸轉變為灰白色固體，我想該灰白色固體極有可能是未溶于濃硫酸的CuSO₄．
學生3：你們是否注意到液面以上的銅絲也發黑，而且試管上部內壁有少量淡黃色S固體凝聚，會不會液面以上的銅絲與硫發生了反應，我查資料發現：2Cu+S=Cu₂S（黑色）．
材料二：探究實驗剪輯
實驗1：將光亮的銅絲在酒精燈火焰上灼燒變黑，然后插入稀硫酸中，銅絲重新變得光亮，溶液呈藍綠色；將光亮的銅絲置入加熱的硫蒸氣中變黑，然后插入稀硫酸中無變化．
實驗2：截取濃硫酸液面上方變黑的銅絲，插入稀硫酸中無變化；將濃硫酸液面下方變黑的銅絲，插入稀硫酸、黑色明顯變淺，溶液呈藍綠色．
實驗3：將溶液中的黑色顆粒狀物質，經過濾、稀硫酸洗、蒸餾水洗、干燥后放入氧氣流中加熱，然后冷卻，用電子天平稱重發現質量減少10%左右．
根據上述材料回答下列問題：
（1）D、E兩支試管中CC1₄的作用是防止倒吸；
（2）加熱過程中，觀察到A試管中出現大量白色煙霧，起初部分煙霧在試管上部內壁析出淡黃色固體物質，在持續加熱濃硫酸（沸騰）時，淡黃色固體物質又慢慢地消失．寫出淡黃色固體消失的化學反應方程式：S+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$3SO₂↑+2H₂O；
（3）對A試管中的濃H₂SO₄和銅絲進行加熱，很快發現C試管中品紅溶液褪色，但始終未見D試管中澄清石灰水出現渾濁或沉淀．學生1猜想是由于SO₂溶解度較大，生成了Ca（HSO₃）₂的緣故．請你設計實驗驗證學生1的猜想取樣后，向其中加氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成；
（4）根據上述研究，結合所學知識，你認為液面下方銅絲表面的黑色物質成分是CuO、CuS、Cu₂S；（寫化學式）
（5）反應完全后稀釋溶液呈酸性，學生2猜想反應中濃硫酸可能過量，請你設計一個簡單的實驗以驗證稀釋后的溶液由于硫酸過量呈酸性，取稀釋后的溶液適量于試管中，加入足量的鐵粉，若有無色無味的氣體產生，證明硫酸過量．

Answer 1

分析 （1）二氧化硫和強堿的反應十分劇烈，要注意防止倒吸現象的發生；
（2）硫在加熱時能和濃硫酸反應生成二氧化硫和水，據此寫出反應的化學方程式；
（3）利用酸式鹽和強堿中的氫氧根反應能得到正鹽，可以使用氫氧化鈉溶液進行檢驗；
（4）含有銅元素的常見黑色物質有CuO、CuS、Cu₂S，結合實際來回答；
（5）根據實驗實際情況來判斷溶液顯酸性的可能原因并進行試驗驗證．

解答 解：（1）因二氧化硫和強堿的反應十分劇烈，可以采用四氯化碳的作用來達到防止倒吸現象的發生；
故答案為：防止倒吸；
（2）濃硫酸具有強氧化性，硫在加熱時能和濃硫酸反應，反應的化學方程式為：S+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$3SO₂↑+2H₂O；故答案為：S+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$3SO₂↑+2H₂O；
（3）Ca（HSO₄）₂能和強堿反應生成溶解度較小的亞硫酸鈣，可以加入氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成；故答案為：取樣后，向其中加氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成；
（4）含有銅元素的黑色物質有：CuO、CuS、Cu₂S，根據題中信息可知，A裝置試管底部有黑色顆粒物質，可能是副反應生成的CuO、CuS、Cu₂S；
故答案為：CuO、CuS、Cu₂S；
（5）溶液顯酸性的可能原因是硫酸過量，可以加入金屬鐵來檢驗溶液中氫離子的存在，方法為：取稀釋后的溶液適量于試管中，加入足量的鐵粉，若有無色無味的氣體產生，證明硫酸過量；
故答案為：取稀釋后的溶液適量于試管中，加入足量的鐵粉，若有無色無味的氣體產生，證明硫酸過量．

點評 本題考查了濃硫酸的性質，注意掌握濃硫酸具有的化學性質，明確性質實驗方案設計的方法，明確題中資料信息是解題根據，試題培養了學生的分析、理解能力，題目難度中等．