Question

某研究性学习小组为了研究Cu与浓H₂SO₄的反应，设计如下实验探究方案（装置中的固定仪器和酒精灯均未画出）

实验选用细铜丝、98.3%H₂SO₄、品红溶液、澄清石灰水、CC1₄、NaOH溶液等药品，铜丝被卷成螺旋状，一端没入浓H₂SO₄中，另一端露置在液面上方。

以下是该学习小组部分交流记录及后续探究实验的记录。

材料一：小组交流滴录

学生1：加热前，无现象发生；加热后，液面下铜丝变黑，产生气泡，有细小黑色颗粒状物质从铜丝表面进入浓硫酸中，黑色物质是什么？值得探究！

学生2：我也观察到黑色颗粒状物质，后来逐渐转变为灰白色固体，我想该灰白色固体极有可能是未溶于浓硫酸的CuSO₄。

学生3：你们是否注意到液面以上的铜丝也发黑，而且试管上部内壁有少量淡黄色S固体凝

聚，会不会液面以上的铜丝与硫发生了反应，我查资料发现：2Cu+S=Cu_2­S（黑色）。

材料二：探究实验剪辑

实验1：将光亮的铜丝在酒精灯火焰上灼烧变黑，然后插入稀硫酸中，铜丝重新变得光亮，溶液呈蓝绿色；将光亮的铜丝置入加热的硫蒸气中变黑，然后插入稀硫酸中无变化。

实验2：截取浓硫酸液面上方变黑的铜丝，插入稀硫酸中无变化；将浓硫酸液面下方变黑的铜丝，插入稀硫酸、黑色明显变浅，溶液呈蓝绿色。

实验3：将溶液中的黑色颗粒状物质，经过滤、稀硫酸洗、蒸馏水洗、干燥后放入氧气流中加热，然后冷却，用电子天平称重发现质量减少10%左右。

根据上述材料回答下列问题：

  （1）D、E两支试管中CC1₄的作用是                     ；

  （2）加热过程中，观察到A试管中出现大量白色烟雾，起初部分烟雾在试管上部内壁析出淡黄色固体物质，在持续加热浓硫酸（沸腾）时，淡黄色固体物质又慢慢地消失。写出淡黄色固体消失的化学反应方程式：                     ；

 （3）对A试管中的浓H₂SO₄和铜丝进行加热，很快发现C试管中品红溶液褪色，但始终未见D试管中澄清石灰水出现浑浊或沉淀。学生1猜想是由于SO₂溶解度较大，生成了Ca（HSO₃）₂的缘故。请你设计实验验证学生1的猜想                 

                                                            ；

 （4）根据上述研究，结合所学知识，你认为液面下方铜丝表面的黑色物质成分是                                               ；（写化学式）

 （5）反应完全后稀释溶液呈酸性，学生2猜想反应中浓硫酸可能过量，请你设计一个简单的实验以验证稀释后的溶液由于硫酸过量呈酸性，                             。

 

Answer 1

【答案】

（1）防止倒吸（2分）。

（2）S+2H₂SO₄（浓）3SO₂↑+2H₂O（2分，）

   （3）取样后，向其中加入氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成。（或者加热、加盐酸检验SO₂气体等方法，开放题，正确即可）（2分）

   （4）CuO、CuS、Cu₂S（或CuO、CuS可CuO、Cu₂S）（2分）

   （5）取稀释后的溶液适量于试管中，加入足量的铁粉，若有无色无味的气体产生，证明硫酸过量（2分）。（开放题，正确即可）

【解析】（1）因为二氧化硫易溶于水，所以在实验过程中必须防止倒吸，CCl₄的密度大，且不能溶解二氧化硫，所以不易倒吸。

（2）淡黄色固体物质是硫，在加热的条件下可被浓硫酸氧化，因而逐渐消失，方程式为S+2H₂SO₄（浓）3SO₂↑+2H₂O。

（3）若反应中生成了Ca(HSO₃)₂，则可以利用可与酸反应生成二氧化硫或者利用其不稳定性，通过加热来促使分解生成二氧化硫等进行验证。

（4）在铜的化合物中显黑色可以是氧化铜、CuS或Cu₂S等。

（5）若浓硫酸过量，则稀释后是稀硫酸，能和活泼的金属反应生成氢气，所以利用此性质进行验证。