题目内容

1．为探究铜与浓硫酸的反应，甲、乙两同学分别设计了图1、图2所示装置，将足量铜和10mL 18mol•L-1浓硫酸共热，直到无气体生成为止（假定反应前后试管中溶液的体积不变）．

（1）比较两实验装置，图2装置的优点是：①通过铜丝的上下抽动可以控制反应的发生和停止；②停止加热时，能防止倒吸或平衡压强．
（2）①甲根据所学的化学知识认为还有一定量的硫酸剩余．甲认为硫酸剩余的理论依据是反应中浓硫酸被消耗，同时生成水，浓硫酸逐渐变稀，而Cu不能与稀硫酸反应．
②下列药品中能够用来证明反应结束后的烧瓶中确有硫酸剩余的是AD．（选填编号）
a．过量铁粉 b．氯化钡溶液 c．银粉d．碳酸氢钠溶液
（3）乙在拆除图2装置前，不打开胶塞，为使装置中的残留气体完全被吸收，应当采取的操作是从导管口向A中大量鼓气．
（4）为定量测定当剩余硫酸浓度不大于何值时，铜与硫酸就不能反应，甲、乙两位同学进行了如下设计：
①甲方案：将产生的气体缓缓通过预先称量过的盛有的碱石灰干燥管，反应结束后再次称量，干燥管质量增加 m g．剩余酸浓度为（18-$\frac{25m}{8}$）mol•L-1．
②乙方案：分离出反应后的溶液并加蒸馏水稀释至1 000mL，取20.00mL于锥形瓶中，滴入2～3滴甲基橙，（选填“酚酞”、“甲基橙”）用0.1000mol•L-1标准NaOH溶液进行滴定（已知氢氧化铜开始沉淀的pH约为5），用去NaOH溶液V mL．其余酸浓度为0.25Vmol•L-1．
③甲、乙两方案比较，你认为误差较大的是甲，理由是被碱石灰吸收的除了SO2外还有水蒸气，导致SO2的质量偏大，计算出的余酸浓度偏小．

分析 （1）与图1相比，图2 装置中，可以过铜丝的上下抽动可以控制反应的发生和停止；停止加热时，能防止倒吸；
（2）①随着反应的进行，浓硫酸会变成稀硫酸，而稀硫酸不与铜反应；
②硫酸、硫酸铜均匀钡盐反应得到硫酸钡沉淀，Ag不能与硫酸反应，剩余的硫酸能与Fe、碳酸氢钠反应生成气体，据此检验是否有硫酸剩余；
（3）从导管口向A中大量鼓气，使二氧化硫在溶液中被氧化为硫酸；
（4）①原理是通过干燥管质量增重，测定生成二氧化硫的质量，可以用干燥管吸收，根据n=$\frac{m}{M}$计算二氧化硫的物质的量，再根据方程式计算参加反应硫酸物质的量，进而计算剩余硫酸浓度；
②乙方案：由于氢氧化铜开始沉淀的pH约为5，甲基橙的变色范围为3.1～4.4，酚酞的变色范围是8.2～10，所以为了减少实验误差，在酸碱中和滴定时选择的指示剂为甲基橙，此时只发生酸碱中和反应，根据n=cV计算n（NaOH），进而计算剩余硫酸物质的量浓度，进而计算1000mL溶液中剩余硫酸物质的量，再根据c=$\frac{n}{V}$计算；
③甲、乙两方案比较，反应发生时产生的SO2气体中含有水蒸气，甲中被碱石灰吸收的除了SO2外还有水蒸气，导致SO2的质量偏大．

解答 解：（1）比较两实验装置，图2装置的优点是：①通过铜丝的上下抽动可以使反应随时发生，也可以是反应随时停止，这样就可以控制化学反应的进行；②由于在图2装置中有一根玻璃导管，当停止加热时，它能平衡压强，这样就可以防止倒吸现象的发生，
故答案为：通过铜丝的上下抽动可以控制反应的发生和停止；停止加热时，能防止倒吸或平衡压强；（2）①反应中浓硫酸被消耗，同时生成水，浓硫酸逐渐变稀，而Cu不能与稀硫酸反应，故有一定量的硫酸剩余，
故答案为：反应中浓硫酸被消耗，同时生成水，浓硫酸逐渐变稀，而Cu不能与稀硫酸反应；
②A．若有硫酸剩余，则加入Fe粉时会发生反应：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，冒气泡，故A正确；
B．无论是否有硫酸剩余，在溶液中都含有SO42-，加入氯化钡溶液时发生反应：Ba2++SO42-=BaSO4↓，产生白色沉淀，故B错误；
C．在金属活动性顺序表中Ag在H的后面，不能把酸中的H置换出来，故C错误；
D．酸性H2SO4＞H2CO3，所以加入碳酸氢钠溶液时发生反应：H2SO4+2NaHCO3=Na2SO4+2H2O+2CO2↑，冒气泡说明有硫酸剩余，故D正确，
故选：AD；
（3）乙在拆除图2装置前，不打开胶塞，为使装置中的残留气体完全被吸收，应当采取的操作是从导管口向A中大量鼓气，使二氧化硫在溶液中被氧化为硫酸，
故答案为：从导管口向A中大量鼓气；
（4）①由于SO2是酸性气体，能与碱发生反应，在甲方案：将产生的气体缓缓通过预先称量过的盛有碱石灰的干燥管，反应结束后再次称量，干燥管质量增加m g，则n（SO2）=$\frac{m}{64}$mol，由Cu+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O，可知反应消耗的硫酸的物质的量为$\frac{m}{64}$mol×2=$\frac{m}{32}$mol，剩余的硫酸物质的量浓度为18mol/L-$\frac{\frac{m}{32}mol}{0.01L}$=（18-$\frac{25m}{8}$）mol/L，
故答案为：碱石灰；（18-$\frac{25m}{8}$）mol/L；
②乙方案：由于氢氧化铜开始沉淀的pH约为5甲基橙的变色范围为3.1～4.4．酚酞的变色范围是8.2～10．所以为了减少实验误差，在酸碱中和滴定时选择的指示剂为甲基橙，此时只发生酸碱中和反应，n（NaOH）=V×10-3 L×0.1mol/L=V×10-4mol，故剩余硫酸的物质的量为n（H2SO4）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=5V×10-5mol，所以其余酸浓度为（5V×10-5mol×$\frac{1000mL}{20mL}$）÷0.01L=0.25V mol/L，
故答案为：甲基橙；0.25V；
③甲、乙两方案比较，误差较大的是甲，因为该反应发生时产生的SO2气体中含有水蒸气，被碱石灰吸收的除了SO2外还有水蒸气，导致SO2的质量偏大，则计算出的余酸浓度偏小，
故答案为：甲；被碱石灰吸收的除了SO2外还有水蒸气，导致SO2的质量偏大，计算出的余酸浓度偏小．

点评 本题考查铜与浓硫酸的反应方案的评价、实验操作、误差分析、酸碱中和滴定的指示剂的选择、计算等，是对学生综合能力的考查，有利于培养学生的化学实验能力、分析解决问题的能力．

练习册系列答案
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