题目内容
某化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况，用下图所示装置先进行了有关实验：
（1）B是用来收集实验中产生的气体的装置，但未将导管画全，请在图上把导管补充完整。
（2）实验中他们取6．4g 铜片和12mL 18mol·L-1浓硫酸放在圆底烧瓶中共热，直到反应完毕，最后发现烧瓶中还有铜片剩余，该小组学生根据所学的化学知识认为还有一定量的硫酸剩余。
①写出铜跟浓硫酸反应的化学方程式：____________________________________；
②为什么有一定量的余酸但未能使铜片完全溶解，你认为原因是________；
③下列药品中能够用来证明反应结束后的烧瓶中确有余酸的是：________（填写编号）。
A．铁粉 B．氯化钡溶液 C．银粉 D．碳酸氢钠溶液
（3）为定量测定余酸的物质的量浓度，甲、乙学生进行了如下设计：
①甲同学设计方案是：先测定铜与浓硫酸反应产生的SO2的量，在计算余酸的物质的量浓度。他认为测定二氧化硫的量的方法有多种，请问下列实验方案中可行的是_______（填写编号）。
A．将装置A产生的气体缓缓通过预先称量过的盛有碱石灰的干燥管，结束反应后再次称量
B．将装置A产生的气体缓缓通入足量用稀硫酸酸化的高锰酸钾溶液，再加入足量氯化钡溶液，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀
C．用排水法测定装置A产生气体的体积（已折算成标准状况）
D．将装置A产生的气体缓缓通入足量氢氧化钡溶液，反应完全后，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀
E．将装置A产生的气体缓缓通入足量硝酸酸化的硝酸钡溶液，反应完全后，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀
请你对不可行的方案进行分析（可以不填满）：
| 方案序号 | 分析 | 误差（偏低或偏高） | 改变措施 |
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②乙学生设计的方案是：在反应后的溶液中加蒸馏水稀释至1000mL，取20mL与锥形瓶中，滴入2~3滴甲基橙指示剂，用标准氢氧化钠溶液进行滴定（已知氢氧化铜开始沉淀的pH约为5），通过测出消耗氢氧化钠溶液的体积来求余酸的物质的量浓度。假定反应前后烧瓶中溶液的体积不变，你认为乙学生设计的实验方案能否求得余酸的物质的量浓度_______（填“能”或“不能”），其理由是_________________________________________________。
（4）请再设计其他可行的实验方案，来测定余酸的物质的量浓度，简要写出操作步骤及需要测定的数据（不必计算）_____________________________。
解析：本题是源于教材实验的原创题。理解实验原理是解实验题的关键：
（1）用排空气法收集二氧化硫，因为二氧化硫比空气重，所以用向上排空气法收集，即导管插入集气瓶底部，将空气从下至上排出。
（2）铜与浓硫酸反应是一个进程反应，随着反应进行，硫酸浓度降低，稀硫酸与铜不反应，所以无论铜是否过量，硫酸都不能完全反应；检验有硫酸剩余，加入试剂与硫酸反应有明显现象即可，但是不能通过检验SO42-来推断，因为硫酸铜含有SO42-，题示的四种物质中，A、D可以检验是否剩余硫酸。
（3）①测定二氧化硫体积必须防止其他因素干扰，否则实验误差太大。A中碱石灰吸收二氧化硫和水，所以称得净增碱石灰质量大于产生的二氧化硫质量；B中加入用稀硫酸酸化的高锰酸钾溶液，其中的H2SO4也与氯化钡反应生成沉淀，导致沉淀质量增大；C中二氧化硫部分溶于水，亚硫酸酸性较碳酸强。SO2 + H2O== H2SO3，收集到的二氧化硫体积比实际的少。D中SO2 + Ba（OH）2 == BaSO3↓+ H2O，2BaSO3 + O2== 2BaSO4 ，所以测得质量增大，测得剩余硫酸量偏低。
②乙方案通过中和滴定测定剩余硫酸，甲基橙变色范围内氢氧化铜不沉淀，但是，甲基橙由红色变成橙色时，铜离子溶液呈蓝色干扰了对指示终点的观察（易错点！），所以不能测定。注意：不能用中和滴定的方法测定剩余硫酸溶液浓度。
（4）这是本题的最大亮点：开放思维。反应前硫酸和铜的量都已知，反应后混合物中有铜、稀硫酸、硫酸铜。设计思路：①测铜质量；②测硫酸根离子的总量；③测稀硫酸质量等都可以达到实验目的。其中，测剩余铜的质量最简便。
答案：（1）如图所示。
（2）①Cu + 2H2SO4（浓）
CuSO4 + SO2↑+ 2H2O（1分）
②随着反应进行，硫酸被消耗，产物有水生成，所以浓硫酸变成稀硫酸，反应会停止。
③AD（1分）
（3）①E （1分）
| 方案序号 | 分析 | 误差（偏低或偏高） | 改变措施 |
| A | 碱石灰除吸收二氧化硫外还能吸收水，测得二氧化硫质量增大 | 偏低 | A产生的气体先经浓硫酸干燥，后用碱石灰吸收 |
| B | 高锰酸钾溶液中含有硫酸，与氯化钡反应生成沉淀增大 | 偏低 | 将硫酸酸化的高锰酸钾溶液换成溴水或碘水或硝酸溶液 |
| C | 二氧化硫在水中以1∶40溶解，收集二氧化硫体积减少 | 偏高 | 将水换成四氯化碳、煤油等非极性溶剂 |
| D | 亚硫酸钡在空气中烘干及称重过程中部分被氧化生成硫酸钡，产生固体质量增大 | 偏低 | 先将二氧化硫用强氧化剂如溴水氧化，再加入足量的氯化钡溶液或氢氧化钡溶液 |
（以上表格中每一个方案1分，共4分）
②不能（1分） 虽然甲基橙变色范围：pH为3．1~4．4，氢氧化铜开始沉淀时的pH为5，在指示剂变色范围之外，即中和酸时，铜离子不会消耗OH-，但是甲基橙由红色变成橙色、黄色时，铜离子溶液呈蓝色，对观察指示终点颜色有干扰（1分）
（4）方案一：①取反应后溶液，向其中加入足量锌；②收集并测定氢气的体积；③通过氢气量计算剩余硫酸的物质的量浓度。
方案二：①取反应后溶液，向其中加入过量的氢氧化钠溶液，至氢氧化铜完全沉淀；②过滤、洗涤、（低温）干燥、称量至恒重；③根据氢氧化铜的量计算出已反应的硫酸的量，进而计算剩余硫酸溶液浓度。
方案三：反应结束后将烧瓶中的铜片取出，洗净、烘干，称其质量即可。
方案四：反应结束后将烧瓶中的铜片取出，然后向溶液中加入足量氯化钡溶液，过滤出沉淀，洗净、干燥后称量。
评注：铜与浓硫酸反应实验是教材中演示实验和学生实验，高考对本实验没有考查过，因此，对本实验改进与创新设计具有重要意义。解这类综合实验题，一要理解实验目的和原理，如测定反应后剩余硫酸的量；二要根据实验目的和原理，会设计多种方案，如测二氧化硫、剩余铜、已反应的铜、直接测定剩余硫酸、测定反应总硫酸根离子的量等，而测二氧化硫又有多种方法，从中找到最佳方案；三要灵活运用物质的性质，挖掘隐蔽信息，提高思维质量，如二氧化硫的水溶性、碱石灰吸水性、铜离子的颜色干扰性，指示剂选择等，都属于隐性信息；四要注意实验限制，设计实验方案有一些限制条件，思考时一定要结合限制条件，明确哪些方案不能考虑，如本实验中铜和硫酸量都已知，硫酸铜溶液呈蓝色，对观察中和滴定反应的终点变色有影响，不能再设计中和滴定实验方案，对中和滴定实验提出了新要求。
易错点：（1）忽视硫酸铜溶液颜色覆盖甲基橙变色；
（2）忽视硫酸铜中含SO42-的干扰，通过检验SO42-确认剩余硫酸的存在。
设计综合实验的思维方法是：理解原理→明确目的→综合分析→比较选择→创新设计。
某化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况，用图所示装置进行有关实验．请回答：
某化学课外兴趣小组为探究苯与溴发生反应的反应类型并制取纯净的溴苯，进行如下实验．请根据要求回答相关问题．
