Question

17．某化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况，设计了如图所示装置进行有关实验：

（1）先关闭活塞a，将6.4g铜片和10mL 18mol/L的浓硫酸放在圆底烧瓶中共热至反应完成，发现烧瓶中还有铜片剩余．再打开活塞a，将气球中的氧气缓缓挤入圆底烧瓶，最后铜片完全消失．
①写出上述过程中圆底烧瓶内发生反应的化学方程式：
打开活塞a之前Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
打开活塞a之后2Cu+2H₂SO₄+O₂=2CuSO₄+2H₂O．
②B是用来收集实验中产生的气体的装置，但集气瓶内的导管未画全，请直接在图上把导管补充完整．
（2）实际上，在打开活塞a之前硫酸仍有剩余．为定量测定余酸的物质的量，甲、乙两学生进行了如下设计：
①甲学生设计的方案是：先测定铜与浓硫酸反应产生SO₂的量，再通过计算确定余酸的物质的量．他测定SO₂的方法是将装置A产生的气体缓缓通过装置D，从而测出装置A产生气体的体积（已折算成标准状况下）．你认为甲学生设计的实验方案中D装置中的试剂为饱和NaHSO₃（填化学式）．
②乙学生设计的方案是：将反应后的溶液冷却后全部移入到烧杯中稀释，并按正确操作配制100mL溶液，再取20mL于锥形瓶中，用甲基橙作指示剂，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]，选择该指示剂的理由为Cu（OH）₂开始沉淀的pH约为5，若用酚酞作指示剂时溶液中的Cu ²⁺会和NaOH反应，Cu（OH）₂的蓝色会干扰滴定终点的正确判断；再求出余酸的物质的量，若耗去a mol/L氢氧化钠溶液b mL，则原余酸的物质的量为$\frac{5ab×1{0}^{-3}}{2}$mol（用含a、b的表达式来表示）．

Answer 1

分析 （1）①打开活塞a之前，浓硫酸和Cu在加热条件下发生氧化还原反应生成CuSO₄、SO₂和H₂O；打开活塞a后，Cu、O₂和稀硫酸反应生成CuSO₄和H₂O；
②依据实验产生的气体是二氧化硫与空气的密度比较分析，确定收集实验中产生的气体的装置中导气管的位置；
（2）①用排水法测定SO₂的量必须做到不能在测量时损耗，需用饱和饱和亚硫酸氢钠溶液；
②根据指示剂的显色范围为：甲基橙：红-3.1-橙-4.4-黄，石蕊：红-5-紫-8-蓝，根据准确判断反应终点分析判断，若耗去a mol/L氢氧化钠溶液b mL，根据H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O计算原余酸的物质的量，注意体积的变化．

解答 解：（1）①打开活塞a之前，浓硫酸和Cu在加热条件下发生氧化还原反应生成CuSO₄、SO₂和H₂O，反应方程式为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
打开活塞a后，Cu、O₂和稀硫酸反应生成CuSO₄和H₂O，反应方程式为2Cu+2H₂SO₄+O₂=2CuSO₄+2H₂O，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；2Cu+2H₂SO₄+O₂=2CuSO₄+2H₂O；
②铜跟浓硫酸反应生成了二氧化硫气体，二氧化硫密度比空气大，可以用向上排气法收集，所以装置中的导气管应长进短出，装置图为，
故答案为：；
（2）①测定SO₂的量必须准确测定无气体损耗，用排水法测定装置A产生气体的体积，实验方案中D装置中的试剂应满足不反应且在其中溶解度度较小，二氧化硫在饱和NaHSO₃溶液中的溶解度降低，所以可用排饱和NaHSO₃溶液的方法测出装置A产生气体的体积，
故答案为：饱和NaHSO₃；
②由于Cu（OH）₂开始沉淀的pH约为5，应选择变色范围接近的指示剂，以减小滴定误差，故选择甲基橙作指示剂，若用酚酞作指示剂时溶液中的Cu ²⁺会和NaOH反应，Cu（OH）₂的蓝色会干扰滴定终点的正确判断，
设余酸的物质的量为n，消耗NaOH的物质的量为：a mol/L×b×10-3 L=ab×10-3 mol，H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O
　1　　　　　2
n×$\frac{20}{100}$         ab×10-3 mol     n=$\frac{5ab×1{0}^{-3}}{2}$mol，

故答案为：甲基橙；Cu（OH）₂开始沉淀的pH约为5，若用酚酞作指示剂时溶液中的Cu²⁺会和NaOH反应，Cu（OH）₂的蓝色会干扰滴定终点的正确判断； $\frac{5ab×1{0}^{-3}}{2}$．

点评 本题以铜和浓硫酸反应实验为载体考查性质实验方案设计，涉及实验方案的设计与评价、化学方程式的书写等知识点，明确实验原理是解本题关键，难点是实验方案的评价，易错点是化学用语的正确使用，题目难度中等．