Question

7．某化學課外興趣小組為探究銅與濃硫酸的反應，用如圖所示的裝置進行實驗：

請回答下列問題：
（1）B是用來收集實驗中產生氣體的裝置，但未將導管畫全，請將裝置圖補充完整．
（2）實驗中他們取6.4g銅片和12mL18mol•L^-1濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，直到反應停止，最后發現燒瓶中還有銅片剩余，該小組中的同學認為還有一定量的硫酸剩余．
①寫出銅與濃硫酸反應的化學方程式：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；；
實驗中若有m g銅參加了反應，則有$\frac{m}{64}$mol硫酸被還原，電子轉移數目為$\frac{m}{32}$N_A．
②下列試劑中，能證明反應停止后燒瓶中有硫酸剩余的是D（填寫字母編號）．
A．硫酸鈉溶液      B．氯化鋇溶液      C．銀粉        D．碳酸鈉溶液
③為什么有一定量的硫酸剩余但未能使銅片完全溶解？你認為的原因是稀硫酸不與銅反應．
（3）為了測定消耗硫酸的物質的量，該興趣小組設計了兩個實驗方案：
方案一：將裝置A產生的氣體緩緩通過已稱量過的裝有堿石灰的干燥管，反應停止后再次稱量，兩次質量差即是吸收的二氧化硫．
方案二：將裝置A產生的氣體緩緩通入足量的用硫酸酸化的高錳酸鉀溶液，再加入足量的氯化鋇溶液，過濾、洗滌、干燥，稱得沉淀的質量即是二氧化硫轉化為硫酸鋇沉淀的質量．
實際上，方案一、二均不可取．
方案一產生的氣體中含有水蒸氣，使干燥管增重偏大；也可能由于燒瓶中的二氧化硫不能完全排出，使干燥管增重偏小．
方案二：由于高錳酸鉀溶液中起酸化作用的硫酸與氯化鋇溶液反應，使測定消耗硫酸的物質的量結果偏大．

Answer 1

分析 （1）銅和濃硫酸加熱一生成二氧化硫氣體，二氧化硫比空氣重，用向上排氣法收集，進氣的導氣管長進短處；
（2）①銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水；依據化學方程式中元素化合價變化計算氧化還原關系；
②證明硫酸剩余是證明氫離子的存在；
③濃硫酸隨反應進行濃度變稀后不與銅發生反應；
（3）方案一，堿石灰增重為二氧化硫和水蒸氣的質量分析；
方案二，硫酸鋇沉淀是二氧化硫被氧化為硫酸生成的硫酸鋇沉淀和硫酸酸化高錳酸鉀溶液，氣酸化作用的硫酸生成的硫酸鋇沉淀．

解答 解：（1）銅和濃硫酸加熱一生成二氧化硫氣體，二氧化硫比空氣重，用向上排氣法收集，進氣的導氣管長進短處，圖中補進氣管伸入近集氣瓶底，裝置圖為：，故答案為：；
（2）①銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應的化學方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；分析化學方程式若有m g銅物質的量為$\frac{m}{64}$mol參加了反應，被還原硫酸物質的量為$\frac{m}{64}$mol，電子轉移物質的量為$\frac{m}{64}$mol×2=$\frac{m}{32}$mol，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；$\frac{m}{64}$；$\frac{m}{32}$N_A；
②能證明反應停止后燒瓶中有硫酸剩余，只能證明氫離子的存在才能說明，不能證明硫酸根離子，因為濃硫酸和銅反應生成了硫酸銅；
A．硫酸鈉溶液不能能證明硫酸根離子存在，也不能證明氫離子的存在，故A不符合；
B．氯化鋇溶液能證明硫酸根離子存在，但不能證明氫離子存在，故B不符合；
C．銀粉和稀硫酸不反應不能證明氫離子的存在，故C不符合；
D．碳酸鈉溶液和氫離子反應生成二氧化碳氣體，可以用來證明溶液中存在稀硫酸，故D符合；
故答案為：D；       
③有一定量的硫酸剩余但未能使銅片完全溶解，因為濃硫酸隨反應進行濃度變稀后不與銅發生反應，故答案為：稀硫酸不與銅反應；
（3）方案一：銅和濃硫酸反應生成的二氧化硫氣體中含有水蒸氣，堿石灰吸收的質量為二氧化硫和水蒸氣，或裝置中二氧化硫未被完全排除，稱量的不全是二氧化硫質量，
故答案為：水蒸氣；燒瓶中的二氧化硫不能完全排出；
方案二：生成的沉淀是高錳酸鉀溶液中起酸化作用的硫酸與氯化鋇反應而產生的沉淀和二氧化硫被氧化為硫酸生成的硫酸鋇沉淀，不全是二氧化硫轉化為硫酸生成的沉淀，
故答案為：高錳酸鉀溶液中起酸化作用的硫酸．

點評 本題考查性質實驗方案的設計，題目難度中等，明確實驗目的及實驗原理為解答關鍵，注意隨反應進行濃硫酸變為稀硫酸后不與銅發生反應，試題側重考查學生的分析能力及化學實驗能力．