题目内容

17.某学校课外活动小组针对教材中铜与浓硫酸反应,提出了“能够与铜反应的硫酸的最低浓度是多少?”的探究课题,并设计了如下方案进行实验:实验试剂:18mol/L硫酸20mL,纯铜粉足量,足量2mol/LNaOH溶液.
请根据实验回答问题:
(1)首先根据图所示,组装实验装置,并在加入试剂前先进行检验装置气密性操作.
(2)烧杯中用NaOH溶液吸收的物质是SO2(填化学式),利用倒置的漏斗而不是将导气管直接伸入烧杯中的目的是:防倒吸.
(3)加热烧瓶20分钟,烧瓶中发生反应的化学方程式是:Cu+2H2SO4(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O.待烧瓶中反应基本结束,撤去酒精灯,利用烧瓶中的余热使反应进行完全.然后由导管a通入足量的空气,以确保烧瓶中的SO2气体全部进入烧杯中.在该实验装置中的长导管 (填仪器名称)起到了确保硫酸溶液体积保持不变的作用.
(4)将充分反应后的烧杯取下,向其中加入足量的双氧水,再加入足量的BaCl2溶液,再进行过滤、洗涤、干燥后称量固体的质量为13.98g,请计算能与铜反应的硫酸的最低浓度是12mol/L.
(5)有同学提出在上面(4)中可以不必加入双氧水,直接进行后面的实验,也能得到准确的数据,请结合你的理解分析需要(填“需要”或“不需要”)加入双氧水,说明原因:在烧杯中生成的Na2SO3可能被部分氧化为Na2SO4,如果不加入双氧水而直接测定沉淀质量则无法确定S元素的物质的量,从而使实验结果错误.

分析 (1)有连接装置的实验需要在开始时检查装置的气密性;
(2)SO2是污染性气体不能排放到空气中,且是酸性氧化物,能和碱液反应生成盐;
尾气处理中有缓冲作用的装置能防倒吸;
(3)烧瓶中是Cu和浓硫酸加热反应生成CuSO4、SO2和H2O;装置中长导气管兼起导气冷凝的作用,使水蒸气冷凝回流;
(4)加入H2O2把Na2SO3氧化为Na2SO4,加入BaCl2溶液反应生成BaSO4沉淀,通过过滤、洗涤、干燥得到沉淀称量计算S元素物质的量,依据S元素守恒结合化学方程式计算需要反应的硫酸最低浓度;
(5)不加入H2O2,沉淀为BaSO3、BaSO4沉淀,不能计算硫元素物质的量,对实验产生误差.

解答 解:(1)该装置有连接装置,实验前应该检验装置气密性,否则二氧化硫易逸出或得不到二氧化硫,故答案为:检验装置气密性;
(2)SO2是污染性气体不能排放到空气中,且是酸性氧化物,能和碱液反应生成盐,所以NaOH的作用是吸收未反应的SO2;
尾气处理中有缓冲作用的装置能防倒吸,导致的漏斗低口大,有缓冲作用,能防倒吸,
故答案为:SO2;防倒吸;
(3)烧瓶中是Cu和浓硫酸加热反应生成CuSO4、SO2和H2O,反应方程式为Cu+2H2SO4(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O;装置中长导气管兼起导气冷凝的作用,使水蒸气冷凝回流,
故答案为:Cu+2H2SO4(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O;长导管;
(4)加入过氧化氢把亚硫酸钠氧化为硫酸钠,加入氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀,通过过滤、洗涤、干燥得到沉淀,称量固体的质量为13.98g为硫酸钡沉淀,物质的量=$\frac{13.98g}{233g/mol}$=0.06mol,依据硫元素守恒,被氧化的硫酸为0.06mol,依据化学方程式可知,Cu+2H2SO4(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O,反应的硫酸物质的量为0.12mol,剩余硫酸物质的量=18mol/L×0.020L-0.12mol=0.24mol,剩余需要的最低浓度=$\frac{0.24mol}{0.02L}$=12mol/L,
故答案为:过滤;洗涤;干燥;12mol/L;
(5)不加入过氧化氢,沉淀为亚硫酸钡和硫酸钡沉淀,不能计算硫元素物质的量,所以需要加入过氧化氢,氧化亚硫酸钠为硫酸钠后,再进行沉淀称量计算,
故答案为:需要;在烧杯中生成的Na2SO3可能被部分氧化为Na2SO4,如果不加入双氧水而直接测定沉淀质量则无法确定S元素的物质的量,从而使实验结果错误.

点评 本题以浓硫酸和Cu的反应为载体考查性质实验方案设计,为高频考点,明确实验原理、实验基本操作原理、物质性质是解本题关键,注意该实验中的长导管的作用,为易错点.

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