Question

4．某化学小组设计了如图所示装置．用以探究Cu跟浓H₂SO₄的反应并收集少量气态产物（加热及夹持装置省略）．  
（1）关闭活塞a与b，将9.6g Cu片和18mL18mol•L-1的浓H₂SO₄加入仪器B中共热至反应完全，发现烧瓶中还有Cu片剩余．该小组学生根据所学化学知识认为还有一定量的硫酸剩余．
①写出仪器B中发生反应的化学方程式Cu+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
有一定量的H₂SO₄剩余但未能使铜片完全溶解，你认为可能的原因是随着反应的进行，浓硫酸逐渐变稀，水逐渐增多，稀硫酸和铜不反应，反应停止．
②请指出该套装置中的一个明显错误装置C中导管应该长进短出．
③装置C中气休收集满后，移走装置C，将装置B与装置D对接，然后打开活塞a与b，将分液漏斗中的无色无味液体滴入到装置A中淡黄色固休的表面，产生的无色气体可使装置
B中剩余Cu片继续溶解，写出此时仪器B中发生反应的化学方程式2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O．
（2）欲测定H₂SO₄浓度低于多少时反应停止．该小组学生重新用足量铜与一定量的浓H₂SO₄共热，反应停止后冷却，再测定余酸的物质的量浓度．甲、乙两学生进行了如下设计：
①甲学生设计方案是：先测定铜与浓硫酸反应产生SO₂的量，再计算余酸的物质的量浓度．
他设计了几种测定SO₂的量的方案，下列方案中不可行的是ABC（填写字母编号）
A、将装置B产生的气体缓缓通过预先称量过盛有碱石灰的干燥管，结束反应后再次称量
B、将装置B产生的气体缓缓通入足量酸性KMnO₄溶液．再加人足量BaCl₂溶液，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀
C、用排水法测定装置B产生气体的体积（已折算成标准状况）
D、用排饱和NaHSO₃溶液的方法测出装置B产生气体的体积（已折算成标准状况）
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于锥形瓶中，滴入几滴甲基橙作指示剂，用标准NaOH溶液进行滴定，通过测出消耗NaOH溶液的体积来求余酸的物质的量的浓度．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的浓度否（填“能”或“否”）．理由是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
[已知：Cu（OH）₂开始沉淀的pH约为5，甲基橙变色的pH值范围为3.1-4.4]．

Answer 1

分析 （1）①铜与浓硫酸在加热条件下生成硫酸铜、二氧化硫和水；有一定量的硫酸剩余但未能使铜片完全溶解是因为浓硫酸变稀后铜和稀硫酸不反应；
②装置B铜和浓硫酸反应，装置C收集二氧化硫，装置D进行尾气处理，装置C收集二氧化硫为向上排空法，应长进短出；
③装置A淡黄色固体为过氧化钠，和水反应制取氧气，铜、氧气和稀硫酸反应生成硫酸铜和水；
（2）①测定SO₂的量必须做到不能在测量时损耗，便于测定分析，A考虑水蒸气的干扰，B考虑酸化高锰酸钾溶液中的硫酸根离子干扰，C考虑二氧化硫在水中的溶解性，D可行；
②铜离子溶液呈蓝色，对观察指示终点颜色有干扰．

解答 解：（1）①试管Ⅰ中发生的反应是铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，Cu只能与浓硫酸在加热条件下反应，而与稀硫酸不反应，随着反应的进行，硫酸的浓度逐渐下降，最后剩余，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；随着反应的进行，浓硫酸逐渐变稀，水逐渐增多，稀硫酸和铜不反应，反应停止；
②装置C收集二氧化硫，装置D进行尾气处理，装置C收集二氧化硫为向上排空法，应长进短出，
故答案为：装置C中导管应该长进短出；
③分液漏斗中的无色无味液体为水，滴入到装置A中淡黄色固体过氧化钠的表面，产生的无色气体为氧气，装置B中剩余Cu片继续溶解的原因为：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，
故答案为：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
（2）①测定SO₂的量必须准确测定无气体损耗，实验操作简单易行；
A、将装置产生的气体缓缓通过预先称量过盛有碱石灰的干燥管，结束反应后再次称量，由于气体中含有水蒸气，碱石灰会吸收二氧化硫和水蒸气，称量后计算不准确，故A不可行；
B、将装置A产生的气体缓缓通入足量的酸化的KMnO₄溶液，再加入足量BaCl₂溶液，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀．过程中沉淀的质量是由二氧化硫被氧化生成的硫酸根离子和酸化高锰酸钾溶液中的硫酸根离子，所以测定不出二氧化硫的含量，故B不可行；
C、二氧化硫气体是易溶于水的物质，用排水法测定装置A产生气体的体积不准确，故C不可行；
D、用排饱和NaHSO₃溶液的方法测出装置A产生气体的体积，二氧化硫在饱和NaHSO₃溶液中 的溶解度降低，可以用排水量气方法进行二氧化硫的气体体积测定，故D可行；
故答案为：ABC；
②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，
故答案为：否；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；

点评 本题考查了浓硫酸的性质应用，反应产物的验证、测定方法的设定和判断，关键是产物中的二氧化硫的性质应用和含量测定，题目难度中等．