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,用下图所示的装置先进行了有关实验:
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⑴B是用来收集实验中产生气体的装置,但未将导管画全,请将装置图补充完整。
⑵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请写出铜与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下列试剂中能够证明反应结束后的烧瓶中确有余酸的是 (填写字母编号)
A.铁粉 B.BaCl2溶液 C.银粉 D.Na2CO3溶液
(3)为了测定余酸的物质的量浓度,甲、乙两位同学进行了如下设计:
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,再计算余酸的物质的量浓度,他认为测定SO2的量的方法有很多种,请问下列实验方案中不可行的是 (填写字母编号)
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,再加入足量的氯化钡溶液,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的氢氧化钡溶液(预先除去了溶解O2),反应完全后,过滤、洗涤、干燥,称量沉淀(隔绝空气条件下)
②乙同学设计的方案是:在反应后的溶液中加蒸馏水稀释至1000mL,取20mL于锥形瓶中,滴加2~3滴甲基橙指示剂,用标准氢氧化钠溶液进行滴定(已知:Cu(OH)2开始沉淀的pH约为5),通过测定出消耗NaOH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体积不变,你认为乙同学设计的实验方案能否求得余酸的物质的量浓度 ,(填能或否),其理由是 。
(4)请你再设计一个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,并写出相应的计算式。
(1)
;(2)①Cu+2H2SO4==CuSO4+SO2↑+2H2O;②随着反应的进行,浓硫酸被不断消耗,生成水逐渐增多,浓硫酸逐渐变成稀硫酸,稀硫酸不能与铜反应。③AD(3)①A、B、C;②否。其理由是:水溶液中Cu2+呈蓝色,导致无法通过溶液颜色变化判断滴定终点。
(4)参考方案一:反应结束后将烧瓶中的铜片取出,洗净、烘干,称量的剩余铜的质量为mg。计算式为:c={[0.216-(6.4-m)÷32]÷0.012}mol/L。
参考方案二:反应结束后将烧瓶中的铜片取出,然后向溶液中加入足量的BaCl2溶液,过滤出沉淀,洗涤、干燥称量沉淀质量为mg。计算式为:c=[(2m÷233-0.216)÷0.012]mol/L.
参考方案三:反应结束后,将烧瓶中铜片取出,然后向溶液中加入足量的NaOH溶液,过滤出沉淀,洗涤、干燥后称量沉淀质量为mg.计算式为:c=[(0.216-m÷49)÷0.012]mol/L
解析:
⑴收集有毒气体时只能在密闭条件下进行,并且用排空气发收集,SO2比空气重,应用向上排空气法进行收集,进气导管要插到集气瓶底部,且尾气要用氢氧化钠吸收,据此可补充完整装置图。
⑵浓硫酸与铜反应的化学方程式为:Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2↑+2H2O,本反应中有水生成,浓硫酸不断消耗,因此,硫酸浓度会不断降低,当变成稀硫酸时,铜就不能再继续反应。
(3)A方案中没有除去水蒸气;B方案中虽然SO2能被氧化成SO42- :2MnO4—+5SO2+2H2O=Mn2++SO42—+4H+,但酸化时加入的是H2SO4,产生的白色沉淀是由两部分得来,没有办法计算SO2是多少,故该方案也不可行;C方案用滴定方案看起来可行的,但滴定终点需要通过溶液的颜色变化判断,该溶液呈兰色,无法通过颜色变化确定滴定终点,故也不可行;只有D方案在题设条件下是可行的,但操作仍然比较困难。因此,出题者把更好的实验方案留给了学生自己来发挥,即第(4)问,我们可以从测定铜片质量变化、测剩余在反应器中的SO42—、测生成的Cu2+的物质的量等方面进行设计。