Question

8．某学习小组探究铜跟浓硫酸反应的情况．取6.4g铜片和10mL 18mol•L^-1的浓硫酸放在圆底烧瓶中，按如图所示装置进行实验．
（1）铜和浓硫酸反应的化学方程式为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）实验结束后，发现广口瓶中产生白色沉淀，加入足量盐酸后沉淀几乎完全溶解．简要分析广口瓶中产生沉淀的主要原因：烧杯中的溶液倒吸入广口瓶中，与BaCl₂溶液反应生成BaSO₃沉淀．
（3）实验结束后，发现烧瓶中有铜片剩余．根据所学知识，他们认为烧瓶中还有较多的硫酸剩余．选择合适的试剂，设计简单易行的实验方案证明有余酸：取少量余液于试管中，加入足量Fe粉（或Na₂CO₃溶液），有气体产生证明有余酸．
供选择的试剂：铁粉、银粉、BaCl₂溶液、Na₂CO₃溶液
（4）甲同学设计如下方案：测定产生气体的量，再计算余酸的浓度．下列测定产生气体的量的实验方法中，不可行的是abc（填编号）．
a．将气体缓缓通过预先称量、盛有碱石灰的干燥管，反应结束后再次称量
b．将气体通入硫酸酸化的KMnO₄溶液，再加足量BaCl₂溶液，过滤、洗涤、干燥，称量沉淀
c．用排水法测定产生气体的体积
d．用排饱和NaHSO₃的方法测定产生气体的体积
（5）乙同学设计通过酸碱中和滴定来测定余酸的浓度：待烧瓶冷却至室温后，将其中的溶液用蒸馏水稀释至100mL，移取25mL到锥形瓶中，滴加2滴酚酞试液，用标准NaOH溶液滴至终点．平行实验三次．
①稀释时，应先往烧杯（填仪器名称）中加入蒸馏水（填“烧瓶中的溶液”或“蒸馏水”）．
②该方法测得的余酸浓度偏大（填“偏大”、“偏小”或“准确”）．
（6）丙设计了测定余酸浓度的较为简易的实验方案：取出反应后剩余的铜片，进行洗涤、干燥、称量．若称得剩余铜片的质量为3.2g，反应后溶液体积变化忽略不计，则剩余硫酸的物质的量浓度为8mol/L．

Answer 1

分析 （1）铜与浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫气体和水；
（2）二氧化硫不与二氧化硫反应，但是二氧化硫容易与氢氧化钠溶液反应生成亚硫酸钠，若发生倒吸现象，则亚硫酸钠与钡离子反应生成亚硫酸钡沉淀；
（3）证明硫酸有剩余，需要证明反应后的溶液中含有大量氢离子，据此设计实验方案；
（4）碱石灰能吸收二氧化硫和水；硫酸酸化高锰酸钾后，影响了二氧化硫的测定；二氧化硫易溶于水，不能使用排水法测量气体体积，据此进行判断；
（5）①稀释浓硫酸时，应该将浓硫酸加入蒸馏水中；
②酚酞的变色范围为8-10，所以滴定终点时溶液的pH=8，则加入的氢氧化钠溶液比剩余溶液中氢离子的物质的量大，测定结果偏大；
（6）根据反应方程式可知，反应消耗的硫酸的物质的量是铜的2倍，据此可以计算出消耗的硫酸的浓度及剩余硫酸的物质的量浓度．

解答 解：（1）铜与浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫气体和水，则铜与浓硫酸反应的化学方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）由于氯化钡不与二氧化硫反应，若生成了白色沉淀，该白色沉淀只能为亚硫酸钡，说明烧杯中的溶液倒吸入广口瓶中，亚硫酸钠与BaCl₂溶液反应生成BaSO₃沉淀，
故答案为：烧杯中的溶液倒吸入广口瓶中，与BaCl₂溶液反应生成BaSO₃沉淀；
（3）实验结束后，发现烧瓶中有铜片剩余，由于稀硫酸不与铜反应，则烧瓶中还有较多的硫酸剩余，证明硫酸有剩余，需要证明反应后的溶液中含有大量氢离子，可以用金属铁或碳酸钠溶液检验，方法为：取少量余液于试管中，加入足量Fe粉（或Na₂CO₃溶液），有气体产生证明有余酸，
故答案为：取少量余液于试管中，加入足量Fe粉（或Na₂CO₃溶液），有气体产生证明有余酸；
（4）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错误；
b．将气体通入硫酸酸化的KMnO₄溶液，由于硫酸能够与氯化钡反应生成硫酸钡，干扰了二氧化硫的测定，所以不能用硫酸酸化高锰酸钾溶液，故b错误；
c．二氧化硫易溶于水，测量出的二氧化硫不准确，故c错误；
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正确；
故答案为：abc；
（5）①浓硫酸密度大于水，稀释时放出大量热，所以稀释时，应先往烧杯中加入蒸馏水，然后再慢慢加入反应后烧杯中的溶液，
故答案为：烧杯；蒸馏水；
②用酚酞做指示剂，溶液变色时的pH=8＞7，则滴定终点时加入的氢氧化钠稍过量，导致测定结果偏大，
故答案为：偏大；
（6）反应的铜的物质的量为：n（Cu）=$\frac{6.4g-3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，
根据反应Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O可知，反应消耗的硫酸的物质的量是铜的2倍，则反应消耗的硫酸的物质的量为：0.05mol×2=0.1mol，
则反应消耗的硫酸的浓度为：$\frac{0.1mol}{0.01L}$=10mol/L，
所以反应后剩余硫酸的浓度为：18mol/L-10mol/L=8mol/L，
故答案为：8mol/L．

点评 本题考查了浓硫酸的化学性质、性质实验方案的设计，题目难度中等，明确实验目的为解答关键，注意掌握性质实验方案的设计原则及浓硫酸的性质，试题侧重考查学生的分析及化学实验、化学计算能力．