Question

17．某學校課外活動小組針對教材中銅與濃硫酸反應，提出了“能夠與銅反應的硫酸的最低濃度是多少？”的探究課題，并設計了如下方案進行實驗：實驗試劑：18mol/L硫酸20mL，純銅粉足量，足量2mol/LNaOH溶液．
請根據實驗回答問題：
（1）首先根據圖所示，組裝實驗裝置，并在加入試劑前先進行檢驗裝置氣密性操作．
（2）燒杯中用NaOH溶液吸收的物質是SO₂（填化學式），利用倒置的漏斗而不是將導氣管直接伸入燒杯中的目的是：防倒吸．
（3）加熱燒瓶20分鐘，燒瓶中發生反應的化學方程式是：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．待燒瓶中反應基本結束，撤去酒精燈，利用燒瓶中的余熱使反應進行完全．然后由導管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．在該實驗裝置中的長導管 （填儀器名稱）起到了確保硫酸溶液體積保持不變的作用．
（4）將充分反應后的燒杯取下，向其中加入足量的雙氧水，再加入足量的BaCl₂溶液，再進行過濾、洗滌、干燥后稱量固體的質量為13.98g，請計算能與銅反應的硫酸的最低濃度是12mol/L．
（5）有同學提出在上面（4）中可以不必加入雙氧水，直接進行后面的實驗，也能得到準確的數據，請結合你的理解分析需要（填“需要”或“不需要”）加入雙氧水，說明原因：在燒杯中生成的Na₂SO₃可能被部分氧化為Na₂SO₄，如果不加入雙氧水而直接測定沉淀質量則無法確定S元素的物質的量，從而使實驗結果錯誤．

Answer 1

分析 （1）有連接裝置的實驗需要在開始時檢查裝置的氣密性；
（2）SO₂是污染性氣體不能排放到空氣中，且是酸性氧化物，能和堿液反應生成鹽；
尾氣處理中有緩沖作用的裝置能防倒吸；
（3）燒瓶中是Cu和濃硫酸加熱反應生成CuSO₄、SO₂和H₂O；裝置中長導氣管兼起導氣冷凝的作用，使水蒸氣冷凝回流；
（4）加入H₂O₂把Na₂SO₃氧化為Na₂SO₄，加入BaCl₂溶液反應生成BaSO₄沉淀，通過過濾、洗滌、干燥得到沉淀稱量計算S元素物質的量，依據S元素守恒結合化學方程式計算需要反應的硫酸最低濃度；
（5）不加入H₂O₂，沉淀為BaSO₃、BaSO₄沉淀，不能計算硫元素物質的量，對實驗產生誤差．

解答 解：（1）該裝置有連接裝置，實驗前應該檢驗裝置氣密性，否則二氧化硫易逸出或得不到二氧化硫，故答案為：檢驗裝置氣密性；
（2）SO₂是污染性氣體不能排放到空氣中，且是酸性氧化物，能和堿液反應生成鹽，所以NaOH的作用是吸收未反應的SO₂；
尾氣處理中有緩沖作用的裝置能防倒吸，導致的漏斗低口大，有緩沖作用，能防倒吸，
故答案為：SO₂；防倒吸；
（3）燒瓶中是Cu和濃硫酸加熱反應生成CuSO₄、SO₂和H₂O，反應方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；裝置中長導氣管兼起導氣冷凝的作用，使水蒸氣冷凝回流，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；長導管；
（4）加入過氧化氫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13.98g為硫酸鋇沉淀，物質的量=$\frac{13.98g}{233g/mol}$=0.06mol，依據硫元素守恒，被氧化的硫酸為0.06mol，依據化學方程式可知，Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，反應的硫酸物質的量為0.12mol，剩余硫酸物質的量=18mol/L×0.020L-0.12mol=0.24mol，剩余需要的最低濃度=$\frac{0.24mol}{0.02L}$=12mol/L，
故答案為：過濾；洗滌；干燥；12mol/L；
（5）不加入過氧化氫，沉淀為亞硫酸鋇和硫酸鋇沉淀，不能計算硫元素物質的量，所以需要加入過氧化氫，氧化亞硫酸鈉為硫酸鈉后，再進行沉淀稱量計算，
故答案為：需要；在燒杯中生成的Na₂SO₃可能被部分氧化為Na₂SO₄，如果不加入雙氧水而直接測定沉淀質量則無法確定S元素的物質的量，從而使實驗結果錯誤．

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，明確實驗原理、實驗基本操作原理、物質性質是解本題關鍵，注意該實驗中的長導管的作用，為易錯點．