题目内容

2．某校化学兴趣小组的同学在探究金属的化学性质时，发现铜与稀硫酸在常温或加热的条件下均不反应．那么，铜与浓硫酸能否发生反应呢？他们就铜与浓硫酸是否能反应及相关问题进行了实验探究．
【探究一】：铜与浓硫酸是否能反应？
同学们设计了如图1所示装置进行探究．
（1）中对产物只是SO2和CuSO4的判断是否准确否（填“是”或“否”），其理由是反应物中含H元素，反应前后元素种类不变．写出铜与浓硫酸在加热条件下反应的化学方程式Cu+2 H2SO4（浓）△CuSO4+SO2↑+2 H2O．
（2）根据以上探究和已掌握的知识，该兴趣小组的同学设计了两种用铜制取硫酸铜的实验方案：
方案一：Cu$→_{加热}^{浓硫酸}$CuSO4    方案二：Cu$→_{加热}^{O_{2}}$CuO$\stackrel{稀硫酸}{→}$CuSO4
经过对两种方案的讨论、对比，同学们认为方案二具有的优点有BC（填序号），所以工业上制备硫酸铜不是直接利用浓硫酸与铜反应．
A．提高铜的利用率       B．提高硫酸的利用率     C．不产生污染大气的SO2
【探究二】：测定反应残余清液中硫酸的溶质质量分数
同学们对上述实验后试管内残余清液成分进行了讨论，过量的铜与浓硫酸在加热条件下反应不能将硫酸耗尽．为测定反应残余清液中硫酸的溶质质量分数，探究小组同学提出了下列实验方案：
：含杂质的锌与稀硫酸反应时比纯锌与稀硫酸反应更快，放出大量热
：甲方案：与足量BaCl2溶液反应，称量生成的BaSO4质量．
乙方案：与足量锌粒反应，测量生成氢气的体积．
回答下列问题：
（1）该反应中即使铜过量也不能将硫酸完全反应的原因是铜与稀硫酸不反应；
（2）甲方案是否可行？不可行（填“可行”或“不可行”），理由是加入足量BaCl2溶液只能求出SO42-质量，不能求出剩余硫酸的浓度；
（3）小王同学选用图2中的部分实验装置进行了乙方案的实验：

①你认为图2中最简易的装置及其连接顺序是：ACE；
②实验开始时，先打开分液漏斗上口的玻璃塞，再轻轻打开其活塞，过一会儿后残余清液就不能顺利滴入锥形瓶．其原因是AB（填序号）；
A．锌与硫酸铜反应生成了铜，不纯的锌与硫酸反应速率加快；
B．反应产生大量气体且放热，使瓶中压强增大；
③某学生想用排水法收集氢气并检验其纯度，应选择图3中的集气装置B （填“A”或“B”）．
（4）小张同学用如图4所示装置进行了乙方案的实验
①连接仪器，检查此装置气密性．下列能说明装置气密性良好的是A（填序号）；
A．连接仪器后，向水准管中注水，直至左右两边管内形成稳定高度差．
B．向水准管内注水，连接好左侧装置，抬高水准管，左右两边液面始终相平．
②实验中使Y形管中的残余清液与锌粒反应的正确操作是倾斜，将锌粒（选填“锌粒”或“残余清液”）转移到Y形管的另一边．残余清液与锌粒混合后的现象是锌粒逐渐溶解、
锌表面析出红色固体、产生大量气泡，放出热量．
③反应完毕后，每间隔1分钟读取气体体积、气体体积逐渐减小，直至体积不变．气体体积逐渐减小的原因是
反应放热，气体在冷却过程中体积逐渐减少（排除仪器和实验操作的影响因素）．
④该实验中残余清液质量为a g，测得生成气体体积为b mL（假设在实验条件下气体密度为c g/mL），残余清液中硫酸的溶质质量分数为$\frac{49bc}{a}$（用含a、b、c的式子表示）．
⑤若实验中测得残余清液中硫酸的溶质质量分数偏大，下列可能的原因是c．
a．装置漏气                    b．读取数据时水准管的水面高于量气管的水面
c．未待冷却就读取量气管读数．

分析 【探究一】：
（1）根据反应物的性质和组成来回答，浓硫酸溶于水要放出大量的热，所以浓硫酸不能倒入水中，浓硫酸中含有氢元素，生成物中也要有氢元素；在加热的条件下与铜反应生成硫酸铜、二氧化硫和水进行分析；
（2）考虑制取硫酸铜的方案的优缺点时，要从原料的利用率，环保，安全等方面考虑．
【探究二】：
（1）根据金属活动性顺序，铜在氢的后面，与酸不反应解答；
（2）加入足量的BaCl2溶液只能求出硫酸根离子的量，而不能求出剩余硫酸的浓度；
（3）①测量氢气的体积，最简易的装置其连接顺序EDG；
②锌与残余清液中硫酸铜反应生成铜，铜锌形成原池，使锌与硫酸反应速率加快，反应生成大量气体且放热，导致锥形瓶内压强增大；
③排水法收集氢气，氢气密度比空气小，所以短进．
（4）①用液压法检验装置气密性，连接装置后，向量气管右端注水，直到左右两边管子形成一段液面差，一段时间后液面差不变；
②将固体加入液体中，Zn粒与铜离子反应生成铜单质，并且生成气体，实验现象是表面析出暗红色固体，有大量气泡，锌粒部分溶解；
③此反应为放热反应，气体受热膨胀，未冷却；
④根据氢气的质量求出所消耗的硫酸的质量；
⑤根据测得残余清液中硫酸的溶质质量分数偏大的原因分析解答．

解答 解：【探究一】：
（1）因为反应物中有氢，硫、氧、铜四种元素，根据反应前后元素的种类不变的原则，生成物中应该有氢元素；
在加热的条件下与铜反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，化学方程式为：Cu+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+2H2O+SO2↑；
（2）比较这两个方案，从经济，环保，安全的角度考虑，浓硫酸使用时要注意安全，二氧化硫有毒等，通过综合考虑，利用废铜屑和浓硫酸在加热的条件下反应制取CuSO4，浓硫酸具有极强的腐蚀性，使用不安全，有一部分硫元素转化成二氧化硫，污染空气，且造成原料的浪费，CuO与稀硫酸反应直接生成硫酸铜和水，所以方案②比①要好的多；
【探究二】：
（1）根据金属活动性顺序，铜在氢的后面，与酸不反应，该反应中即使铜过量也不能将硫酸完全反应；
（2）没有溶液的体积，加入足量的BaCl2溶液只能求出硫酸根离子的量，而不能求出剩余硫酸的浓度；
（3）①测量氢气的体积，最简易的装置其连接顺序ACE；
②锌与残余清液中硫酸铜反应生成铜，铜锌形成原池，使锌与硫酸反应速率加快，反应生成大量气体且放热，导致锥形瓶内压强增大，故选AB；
③排水法收集氢气，氢气密度比空气小，所以短进；选B；
（4）①用液压法检验装置气密性，连接装置后，向量气管右端注水，直到左右两边管子形成一段液面差，一段时间后液面差不变；
②锌与残余清液中硫酸铜反应生成铜，铜锌形成原池，使锌与硫酸反应速率加快，反应生成大量气体且放热，导致锥形瓶内压强增大；
③此反应为放热反应，气体受热膨胀，未冷却；
④根据题意可知，残余清液中硫酸的溶质的质量为x，氢气的质量=b mL×c g/mL=bcg，
H2SO4～H2
 98          2
 x         bcg
$\frac{98}{x}=\frac{2}{bcg}$
x=49bcg
残余清液中硫酸的溶质质量分数为$\frac{49bcg}{ag}=\frac{49bc}{a}$；
⑤若实验中测得残余清液中硫酸的溶质质量分数偏大，可能的原因是未待冷却就读取量气管读数；
答案：
【探究一】
（1）否；   反应物中含H元素，反应前后元素种类不变；  Cu+2 H2SO4（浓）△CuSO4+SO2↑+2 H2O    
 （2）BC；
【探究二】
（1）铜与稀硫酸不反应；
（2）不可行；  加入足量BaCl2溶液只能求出SO42-质量，不能求出剩余硫酸的浓度（或残余清液中有CuSO4、或BaCl2与CuSO4、H2SO4均反应）
（3）①ACE； ②AB；  ③B；
（4）①A； ②锌粒；锌表面析出红色固体；③反应放热，气体在冷却过程中体积逐渐减少；     ④$\frac{49bc}{a}$；⑤c

点评 本题考查了铜与浓硫酸的相关知识，探究实验方法，装置的特征分析，流程反应和试剂作用是解题关键，题目难度中等，熟悉装置及装置中每部分的作用是解答本题的关键．

练习册系列答案
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13．请写出化学方程式的表示意义，至少写三点
C+O2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO2．
14．如图所示为实验室中常见气体制备、净化、干燥、收集和性质实验的部分仪器（组装实验装置时，可重复选择仪器），某化学小组的同学欲利用其进行下列各探究实验．
（1）以石灰石和稀盐酸为原料，在晒掩饰中制备并收集干燥、纯净的二氧化碳气体，氨照要求设计实验装置，连接仪器，并检验装置的气密性
①所选仪器的连接顺序为BDAG（从左到右填写仪器序号字母）（提示：挥发出的少量HCl气体可用饱和碳酸氢钠溶液吸收）
②用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳的化学方程式为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
③若将二氧化碳气体通入酚酞试液中，试液显无色． 
（2）用一氧化碳气体（含少量水蒸气）测定某铁的氧化物（FexOy）的元素组成比例，并验证反应中气体生成物的性质．所选仪器按A1-----E-----C-----A2顺序连接（A1、A22为浓硫酸洗气瓶），并检验装置的气密性，所设计的实验装置中气体流向是从左向右．
①反应前大玻璃管中加入铁的粉末状氧化物（FexOy）样品的质量为 ag，实验结束后，继续通入一氧化碳气体，直至大玻璃管冷却．这时测量到 E 处大玻璃管中粉末状固体的质量减少了bg，试推算该铁的氧化物的化学式中 x、y 的比值：$\frac{x}{y}$=$\frac{2（a-b）}{7a}$．（用含 a 和 b 的代数式表示）．（设所发生的反应均完全进行）
②将少量二氧化碳通入大量澄清石灰水中，出现白色浑浊，且溶液质量减小．试解释溶液质量减小的原因：因为反应后有碳酸钙白色沉淀产生．
③对于该实验方案设计还存在不完善之处，你的具体改进方案是在装置最后添加一个点燃的酒精灯．
10．请结合如图所示实验常用装置，回答有关问题．

（1）图中标有字母的仪器的名称：a长颈漏斗．
（2）实验室用高锰酸钾制取氧气，应选用的发生装置A，反应的化学方程式是2KMnO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K2MnO4+MnO2+O2↑．
（3）比较用过氧化氢溶液和用高锰酸钾制取O2的方法，两者的共同点是C（填序号）．
A．发生装置相同               B．都可用MnO2作催化剂
C．反应的基本类型相同         D．完全反应后剩余固体成分相同
（4）实验室制取二氧化碳的反应方程式为CaCO3+2HCl=CaCO3+H2O+CO2↑．若要获得干燥的二氧化碳，除发生装置外，还应选用D装置，并在该装置中盛放浓硫酸（填写试剂名称）．如果用E装置收集该气体，则气体从b端进入（填“b”或“c”）．
（5）实验室常用装置C代替装置B制取气体，该装置的优点是可以随时控制反应的发生和停止，下列反应适用于该装置的是①③（填序号）．
①大理石和稀盐酸            ②碳酸钠固体和稀硫酸
③锌粒与稀硫酸              ④过氧化氢溶液与二氧化锰．
17．某组同学在学习盐的性质时，将碳酸钠溶液和一瓶标签破损的溶液M（如图）进行反应，有白色沉淀产生，过滤后得到澄清滤液．同学们对该实验进行了一系列的探究．
探究一：M溶液中的溶质是什么？
（1）【提出猜想】该组同学认为M溶液的溶质有两种可能：①是Ca（OH）2，②是CaCl2
【收集资料】CaCl2水溶液呈中性．
（2）【设计实验】同学们设计了如下方案并进行实验：
实验操作实验现象实验结论
取少量M溶液于试管中，向其中滴加无色酚酞试液
溶液变红色
猜想①正确．
请写出碳酸钠与溶液M反应的化学方程式Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+2NaOH．
探究二 过滤后澄清滤液中会有哪些溶质？
【提出猜想】猜想一：NaOH和Na2CO3；猜想二：NaOH和Ca（OH）2；猜想三：NaOH
（3）【实验验证】同学们针对“猜想一”进行了如下实验：
实验操作实验现象实验结论
取样于试管中，滴入几滴稀盐酸没有气体产生“猜想一”不成立
他们的实验结论是否正确？否，理由是加入的（少量）盐酸先与溶液中的氢氧化钠反应，即使溶液中有碳酸钠，也可能不产生气体．
（4）【继续探究】设计实验方案确定滤液中溶质的组成．
实验操作实验现象实验结论

分别取少量滤液于A、B两支试管中，A中加入CaCl2溶液，
B中加入Na2CO3溶液		若A中产生白色沉淀，B中没有沉淀“猜想一”成立

若A中没有沉淀，B中产生白色沉淀		“猜想二”成立

若A、B两支试管中都没有沉淀产生		“猜想三”成立
（5）【反思与拓展】
在分析反应后所得溶液中溶质时，除考虑可溶性的生成物，还应考虑反应物是否有剩余．
7．下列四组溶液，仅用组内物质就能鉴别出来的是（　　）
A．KNO3  FeCl3   KOH    H2SO4B．NH4HCO3  Ba（OH）2  H2SO4  NaNO3
C．NaCl  MgCl2  K2SO4 CuSO4D．K2CO3   Na2SO4   BaCl2   NaOH
14．取一片洗净晾干的鸡蛋壳（主要成分为碳酸钙，不考虑其他杂质），放在酒精喷灯火焰上灼烧一段时间后，放置冷却．某同学设计了下列实验方案探究灼烧后残留固体的组成，请将有关内容记录在表中．
残留固体的成分  探究的步骤可能观察到的现象结论及化学反应方程式
（1）可能有氧化钙．取残留固体加水溶解，过滤，向滤液中滴加几滴无色酚酞试液．现象：结论：
（2）还可能有碳酸钙．另取残留固体滴加足量盐酸．①结论：

方程式：
②结论：
11．100g稀盐酸恰好能跟100g 40%的氢氧化钠溶液完全中和，求：
（1）生成氯化钠的质量；   
（2）稀盐酸中溶质的质量分数．
12．下列实验操作中，正确的是（　　）
A．
   塞进橡皮塞		B．
  称量氢氧化钠固体
C．
   稀释浓硫酸		D．
    加热液体

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