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精英家教网某学校课外活动小组针对教材中铜与浓硫酸反应,提出了“能够与铜反应的硫酸的最低浓度是多少?”的探究课题,并设计了如下方案进行实验:实验试剂:18mol/L硫酸20mL,纯铜粉足量,足量2mol/LNaOH溶液.
请根据实验回答问题:
(1)首先根据右图所示,组装实验装置,并在加入试剂前先进行
 
操作.
(2)烧杯中用NaOH溶液吸收的物质是
 

(填化学式),利用倒置的漏斗而不是将导气管直接伸入烧杯中的目的是:
 

(3)加热烧瓶20分钟,烧瓶中发生反应的化学方程式是:
 
.待烧瓶中反应基本结束,撤去酒精灯,利用烧瓶中的余热使反应进行完全.然后由导管a通入足量的空气,以确保烧瓶中的SO2气体全部进入烧杯中.在该实验装置中的
 
 (填仪器名称)起到了确保硫酸溶液体积保持不变的作用.
(4)将充分反应后的烧杯取下,向其中加入足量的双氧水,再加入足量的BaCl2溶液,再进行
 
 
 
后称量固体的质量为13.98g,请计算能与铜反应的硫酸的最低浓度是
 

(5)有同学提出在上面(4)中可以不必加入双氧水,直接进行后面的实验,也能得到准确的数据,请结合你的理解分析
 
(填“需要”或“不需要”)加入双氧水,说明原因:
 
分析:(1)装置是气体发生装置,需要在开始时检查装置的气密性;
(2)二氧化硫是污染性气体不能排放到空气中,需要用氢氧化钠溶液吸收,利用倒置的漏斗而不是将导气管直接伸入烧杯中是防止液体倒吸;
(3)烧瓶中是铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水,装置中长导气管兼起导气冷凝的作用,使水蒸气冷凝回流;
(4)加入过氧化氢把亚硫酸钠氧化为硫酸钠,加入氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀,通过过滤、洗涤、干燥得到沉淀称量计算硫元素物质的量,依据硫元素守恒结合化学方程式计算需要反应的硫酸最低浓度;
(5)不加入过氧化氢,沉淀为亚硫酸钡和硫酸钡沉淀,不能计算硫元素物质的量,对实验产生误差.
解答:解:(1)实验装置是制备二氧化硫气体的发生装置,在实验前需要检验装置气密性,防止装置漏气影响实验,
故答案为:检验装置气密性;
(2)二氧化硫是污染性气体不能排放到空气中,需要用氢氧化钠溶液吸收,利用倒置的漏斗而不是将导气管直接伸入烧杯中是防止液体倒吸,
故答案为:SO2;防倒吸;
(3)烧瓶中是铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水,反应的化学方程式为:Cu+2H2SO4
  △  
.
 
CuSO4+SO2↑+2H2O,装置中长导气管兼起导气冷凝的作用,使水蒸气冷凝回流,起到了确保硫酸溶液体积保持不变的作用;
故答案为:Cu+2H2SO4
  △  
.
 
CuSO4+SO2↑+2H2O;长导管;
(4)加入过氧化氢把亚硫酸钠氧化为硫酸钠,加入氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀,通过过滤、洗涤、干燥得到沉淀,称量固体的质量为13.98g为硫酸钡沉淀,物质的量=
13.98g
233g/mol
=0.06mol,依据硫元素守恒,被氧化的硫酸为0.06mol,依据化学方程式可知,Cu+2H2SO4
  △  
.
 
CuSO4+SO2↑+2H2O,反应的硫酸物质的量为0.12mol,剩余硫酸物质的量=18mol/L×0.020L-0.12mol=0.24mol,剩余需要的最低浓度=
0.24mol
0.02L
=12mol/L,
故答案为:过滤;洗涤;干燥;12mol/L;
(5)不加入过氧化氢,沉淀为亚硫酸钡和硫酸钡沉淀,不能计算硫元素物质的量,所以需要加入过氧化氢,氧化亚硫酸钠为硫酸钠后,再进行沉淀称量计算,
故答案为:需要;在烧杯中生成的Na2SO3可能被部分氧化为Na2SO4,如果不加入双氧水而直接测定沉淀质量则无法确定S元素的物质的量,从而使实验结果错误.
点评:本题考查了浓硫酸性质的分析应用,实验设计方法的设计方法,掌握基础是解题关键,题目难度中等.
练习册系列答案
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已知理想气体各参数p(压强)、V(体积)、T(温度)、n(物质的量)满足理想气体状态方程pV=nRT。某学校课外活动小组粗略测定理想气体状态方程中气体常数R的值,下面是测定实验的分析报告,请填写有关空白:

(一)测定原理:在理想气体状态方程pV=nRT中,气体常数R=pV/nT的数值可以通过实验来确定。本实验通过金属镁置换出盐酸中的氢来测定R的值。其反应为:

Mg+2HCl=MgCl2+H2

如果称取一定质量的镁与过量的盐酸反应,则在一定温度和压力下,可以通过测出反应放出氢气的体积。实验室的温度和压力可以分别由温度计和气压计测得。氢气物质的量可以通过反应中镁的质量来求得。将以上所得各项数据代入R= pV /nT式中,即可算出R值。

(二)实验用品及试剂:①仪器:托盘天平、测定气体常数的装置(如上图所示);②试剂:6mol·L-1HCl、镁条若干。

(三)实验内容:

1.在托盘天平上称出镁条的质量(称量镁条天平的游码示数如右图所示,未用砝码,单位为g);

2.按上图搭好仪器。取下试管,移动量气管B,使量气管A中的水面略低于零刻度线,然后将量气管B固定。

3.在试管中加入15mL 6 mol·L-1HCl,不要使盐酸沾湿试管的上半部。将已称重的镁沾少许水,贴在试管上部不与盐酸接触。

4.检查仪器是否漏气,方法如下:(方法要求简单有效)

                                                                              

                                                                                                                                                          

5.如果装置不漏气,调整量气管B的位置,使量气管A内水面与量气管B 内水面在同一水平面上(要求“在同一水平面上”的原因是                                   ;实现“在同一水平面上”的操作是                                                   ),然后准确读出量气管A内水面凹面最低点的读数V1(如右图所示)。

6.轻轻摇动试管,使镁条落入盐酸中,镁条与盐酸反应放出氢气。此时量气管A内水面即开始下降。为了不使量气管A内气压增大而造成漏气,在量气管A内水面下降的同时,慢慢    (上或下)移量气管B,使两管内的水面基本保持水平。反应停止后,待试管冷却至室温(约10分钟),移动量气管B,使两管内的水面相平,读出反应后量气管A内的精确读数V2(如右图所示)。

7.记录实验时的室温t和大气压P。(已知室温为27℃,大气压为100kPa)

(四)数据记录与处理(在横线上填写适当内容):

镁条的质量

w=

           

g

氢气的物质的量

n=

              

mol

反应前量气管A内读数

V1=

          

ml

反应后量气管A内读数

V2=

              

ml

氢气的体积

V

          

ml

室温

T

              

K

大气压

P

             

Pa

气体常数R的值(计算过程和结果):

(五)问题与讨论:①在读取量气管内气体体积V1时,眼睛仰视读数,结果造成R的测定值          (偏高、偏低或无影响);②若没等反应试管冷却到室温就量取液面的高度,结果造成R的测定值          (偏高、偏低或无影响)。

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