Question

某化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况，设计了下图所示装置进行有关实验：

(1)先关闭活塞a，将6.4 g铜片和10 mL 18 mol/L的浓硫酸放在圆底烧瓶中共热至反应完成，发现烧瓶中还有铜片剩余。再打开活塞a，将气球中的氧气缓缓挤入圆底烧瓶，最后铜片完全消失。
①写出上述过程中圆底烧瓶内发生反应的化学方程式：
打开活塞a之前___________________________________________________；
打开活塞a之后___________________________________________________。
②B是用来收集实验中产生的气体的装置，但集气瓶内的导管未画全，请直接在图上把导管补充完整。
(2)实际上，在打开活塞a之前硫酸仍有剩余。为定量测定余酸的物质的量，甲、乙两学生进行了如下设计：
①甲学生设计的方案是：先测定铜与浓硫酸反应产生SO₂的量，再通过计算确定余酸的物质的量。他测定SO₂的方法是将装置A产生的气体缓缓通过装置D，从而测出装置A产生气体的体积(已折算成标准状况下)。你认为甲学生设计的实验方案中D装置中的试剂为______________________(填化学式)。
②乙学生设计的方案是：将反应后的溶液冷却后全部移入到烧杯中稀释，并按正确操作配制100 mL溶液，再取20 mL于锥形瓶中，用________作指示剂，用标准氢氧化钠溶液进行滴定[已知：Cu(OH)₂开始沉淀的pH约为5]，选择该指示剂的理由为__________________________________________________；再求出余酸的物质的量，若耗去a mol/L氢氧化钠溶液b mL，则原余酸的物质的量为________mol(用含a、b的表达式来表示)。

Answer 1

(1)①Cu＋2H₂SO₄(浓) CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O　2Cu＋2H₂SO₄＋O₂=2CuSO₄＋2H₂O　②
(2)①饱和NaHSO₃　②甲基橙　Cu(OH)₂开始沉淀的pH约为5，若用酚酞作指示剂时溶液中的Cu^2＋会和NaOH反应，Cu(OH)₂的蓝色会干扰滴定终点的正确判断

(1)①浓硫酸具有强氧化性，加热条件下与Cu反应：Cu＋2H₂SO₄(浓) CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O；有O₂存在时，Cu与稀硫酸发生反应：2Cu＋2H₂SO₄＋O₂=2CuSO₄＋2H₂O。
②SO₂的密度大于空气的密度，用向上排空气法收集，所以B装置中导管应长进短出。
(2)①用排液体法测气体体积，为了减小误差，气体的溶解度应尽可能的小，选择饱和NaHSO₃溶液。
②由于Cu(OH)₂开始沉淀的pH约为5，应选择变色范围接近的指示剂，以减小滴定误差，故选择甲基橙作指示剂。设余酸的物质的量为n，消耗NaOH的物质的量为：a mol/L×b×10^{－3 L}＝ab×10^－3 mol。
H₂SO₄　＋　2NaOH=Na₂SO₄＋2H₂O
　1　　　　　2
n×   ab×10^－3 mol
故n＝ mol，即原余酸的物质的量为 mol。