Question

7．有甲、乙两位同学根据所学化学知识，设计了由铜和硫酸为原料制取硫酸铜的两种方案：
①铜与浓硫酸加热直接反应，即Cu→CuS0₄
②将铜加到热的稀硫酸中并通入空气来制备硫酸铜，即由Cu→CuO→CuSO₄试回答：
（1）写出方案①的化学反应方程式Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，这两种方案，你认为哪一种方案比较合理？②．（答编号），理由是无污染物产生，节约原料
（2）实验室采用方案①铜与浓硫酸加热直接反应制取硫酸铜时，会有气体产生，若将产生的气体通入盛有品红溶液的试管中，现象是品红溶液褪色；若将Cl₂通入品红溶液中也能看到同样的现象，如果不从气体颜色上去判断，到底是SO₂还是Cl₂导致了上述现象的发生，应怎样操作才能做出判断：对褪色的溶液加热，若恢复红色则是二氧化硫的漂白性，若加热不能恢复溶液颜色，证明为氯气导致的品红溶液褪色，SO₂与下列五种有色溶液作用，均能褪色，其实质相同的是：②③⑤（填序号）
①品红、②酸性KMnO₄、③溴水、④滴有酚酞的NaOH溶液⑤淀粉---碘溶液
（3）如果实验所需的浓硫酸是用接触法制取的，现有1.6t 75%的FeS₂（杂质不含硫元素）的硫铁矿，理论上能制得98%的浓硫酸质量为2×10⁶ 克．
（4）如果将3.2g Cu与足量的浓硫酸在加热条件下充分反应，则被还原的硫酸的物质的量为0.05mol．如果把反应后的溶液稀释至500mL，取出50mL，向其中加入足量的BaCl₂溶液，得到沉淀23.3g，则稀释后所得溶液中SO₄^2-的物质的量浓度为2mol/L．把产生的气体全部缓缓通入100mL a mol/L的NaOH溶液中，若反应物均无剩余，则a的取值范围是0.5≤b≤1．

Answer 1

分析 ①铜与浓硫酸加热直接反应，生成二氧化硫，会污染环境，二氧化硫具有漂白性，使品红褪色，且二氧化硫为酸性氧化物；
②由Cu→CuO→CuSO₄，不生成有害气体，且消耗酸少，以此来解答．
（1）铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应过程中生成污染性气体，方案②无污染性气体生成，原料消耗少；
（2）二氧化硫具有漂白性，可观察到品红褪色，若通入盛有石蕊试液的试管中，看到的现象是溶液变色红色，氯气和水反应生成的次氯酸具有漂白性，可以使品红溶液褪色，二氧化硫与酸性KMnO₄、溴水、淀粉碘溶液都发生氧化还原反应，都能使溶液褪色，而与滴有酚酞的NaOH溶液发生复分解反应使溶液褪色，使品红褪色是二氧化硫的漂白性，据此答题；
（3）根据硫元素守恒计算；
（4）根据n=$\frac{m}{M}$计算出铜的物质的量，再结合反应方程式计算出被还原的硫酸的物质的量；23.3g沉淀为硫酸钡，根据n=$\frac{m}{M}$计算出硫酸钡的物质的量，再根据n=$\frac{n}{V}$计算出硫酸根离子的浓度；根据铜的量计算出生成二氧化硫的物质的量，再结合反应生成亚硫酸钠、亚硫酸氢钠分别计算出b的值，从而得出其取值范围．

解答 解：（1）铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应的方程式为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，因①生成有害气体，②中不生成有害气体，且消耗酸少，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；②；无污染物产生，节约原料；
（2）方案①铜与浓硫酸加热直接反应制取硫酸铜时，会有气体二氧化硫产生，若将产生的气体通入盛有品红溶液的试管中，二氧化硫具有漂白性，可观察到品红褪色，若将Cl₂通入品红溶液中也能看到同样的现象，如果不从气体颜色上去判断，可以通过漂白性的可逆性分析设计，对褪色的溶液加热，若恢复红色则是二氧化硫的漂白性，若加热不能恢复溶液颜色，证明为氯气导致的品红溶液褪色，二氧化硫与酸性KMnO₄、溴水、淀粉碘溶液都发生氧化还原反应，都能使溶液褪色，而与滴有酚酞的NaOH溶液发生复分解反应使溶液褪色，使品红褪色是二氧化硫的漂白性，故选②③⑤，
故答案为：品红溶液褪色；对褪色的溶液加热，若恢复红色则是二氧化硫的漂白性，若加热不能恢复溶液颜色，证明为氯气导致的品红溶液褪色；②③⑤；
（3）1.6t 75%的FeS₂（杂质不含硫元素）的硫铁矿中硫元素的物质的量为（1.6×10⁶×75%÷120）×2mol=2×10⁴mol，根据硫元素守恒可知，硫酸的物质的量也为2×10⁸mol，所以98%的浓硫酸质量为$\frac{2×1{0}^{4}×98}{98%}$g=2×10⁶g，
故答案为：2×10⁶；
（4）Cu与足量的浓硫酸在加热条件下充分反应的化学方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂+2H₂O，3.2g铜的物质的量为：$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，反应生成二氧化硫为0.05mol，而浓硫酸被还原生成二氧化硫，则被还原的硫酸的物质的量为0.05mol，23.3g硫酸钡的物质的量为：$\frac{23.3g}{233g/mol}$=0.1mol，则稀释后溶液中硫酸根离子的物质的量为0.1mol，其浓度为：$\frac{0.1mol}{0.05L}$=2mol/L，3.2g铜的物质的量为：$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，根据反应方程式可知，0.05mol铜完全反应生成0.05mol二氧化硫，100mL amol•L^-1的NaOH溶液中含有氢氧化钠的物质的量为：amol/L×0.1L=0.1amol，当氢氧化钠与二氧化硫反应生成亚硫酸钠时，消耗氢氧化钠的物质的量为：0.1amol=0.05mol×2，解得：a=1，当二者反应生成亚硫酸氢钠时，消耗氢氧化钠的物质的量为：0.1amol=0.05mol，解得：a=0.5，所以b的范围为：0.5≤a≤1，
故答案为：0.05mol；2mol/L； 0.5≤b≤1．

点评 本题考查化学实验方案的评价、有关范围讨论的化学计算，题目难度较大，试题知识点较多、计算量较大，充分考查学生的分析、理解能力及化学计算能力，注意掌握讨论法在化学计算中的应用方法．