Question

7．某化学兴趣小组为探究铜跟浓硫酸反应，用如图装置进行有关实验．请回答下列问题：

（1）装置A中发生的化学反应的化学方程式为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）装置B的作用是贮存多余的气体，B中广口瓶内应盛放的液体是④（填序号）；
①水  ②酸性KMnO₄ ③Na₂CO₃溶液 ④饱和的NaHSO₃溶液
（3）装置C和D中产生的现象相同，但原因却不同．C中是由于SO₂溶液具有酸性中和了溶液中的NaOH，而D中则是由于SO₂具有漂白性；
（4）装置D中试管口塞一团棉花，棉花中应浸有一种液体，其作用是吸收多余的二氧化硫，防止污染空气；
（5）实验完毕，待A中烧瓶内液体冷却后，过滤，向滤液中加入少量的蒸馏水稀释，溶液为蓝色，为了证明蓝色只与Cu²⁺有关，而与其它离子无关，某同学设计了下列实验，其中对实验目的没有意义的是②③（填序号）；
①观察稀H₂SO₄溶液呈无色
②观察CuSO₄粉末呈白色
③稀释CuSO₄溶液，溶液蓝色变浅
④往CuSO₄溶液中加入足量NaOH溶液，生成蓝色沉淀，过滤，滤液呈无色
⑤往CuSO₄溶液中加入足量BaCl₂的溶液，生成白色沉淀，过滤，滤液仍显蓝色
（6）若实验中用7.2g铜片和12.5ml18.0ml•L^-1的浓硫酸在加热条件充分反应，最终铜片仍有剩余．根据所学的知识，某同学认为溶液中一定还有硫酸剩余，其理由是反应过程中浓H₂SO₄被不断消耗，生成的水逐渐增多，使浓硫酸逐渐变稀，至一定浓度就不再与铜片反应．
假定反应前后溶液的体积不变，设剩余硫酸的浓度为amol/L，现向反应后溶液中缓慢加入硝酸钾固体，充分搅拌直到剩余铜片恰好完全反应，反应消耗硝酸钾$\frac{a}{240}$mol（用含a的代数式表示，要化简）．

Answer 1

分析 浓硫酸具有强氧化性，在加热条件下与铜发生氧化还原反应：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，反应生成的SO₂具有酸性和还原性，可用排饱和NaHSO₃溶液收集，具有漂白性，可使品红溶液褪色，随着反应的进行，硫酸浓度不断降低，稀硫酸与铜不反应，结合题目要求解答该题，
（1）浓硫酸具有强氧化性，在加热条件下与铜发生氧化还原反应生成硫酸铜、二氧化硫和水；
（2）SO₂易溶于水，具有酸性和还原性；
（3）SO₂溶液具有酸性，可与NaOH溶液反应，具有漂白性，可使品红溶液褪色；
（4）二氧化硫有毒，不能排放到空气中，应可氢氧化钠溶液反应；
（5）①观察稀硫酸溶液呈无色，可说明SO₄^2-无色；
②观察CuSO₄粉末呈白色，不能证明蓝色只与Cu²⁺有关；
③稀释CuSO₄溶液，溶液蓝色变浅，因阳离子和阴离子浓度都变浅，不能证明；
④往CuSO₄溶液中加入足量NaOH溶液，生成蓝色沉淀，过滤，滤液呈无色，铜离子浓度减小，可说明与铜离子有关；
⑤往CuSO₄溶液中加入足量BaCl₂的溶液，生成白色沉淀，过滤，滤液仍呈蓝色，铜离子物质的量不变，可说明与铜离子有关，
（6）浓硫酸具有强氧化性，而稀硫酸与铜不反应，随着反应的进行，硫酸浓度不断降低，稀硫酸与铜不反应，则反应后溶液中一定含有硫酸，浓硫酸与铜反应的过程中，浓度会变稀，而稀硫酸不与铜反应，所以会有剩余，加入硝酸钾后，硝酸根离子在氢离子存在情况下有强氧化性，能与铜反应，剩余硫酸浓度为amol/L，依据氧化还原反应单质转移守恒计算得到．

解答 解：（1）浓硫酸具有强氧化性，在加热条件下与铜发生氧化还原反应：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）SO₂易溶于水，具有酸性和还原性，可与酸性KMnO₄、Na₂SO₃溶液反应，难溶于水饱和的NaHSO₃溶液，可用排饱和NaHSO₃溶液收集，
故答案为：④；
（3）SO₂溶液具有酸性，可与NaOH溶液反应，发生：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O，则滴加酚酞的氢氧化钠溶液褪色，具有漂白性，可使品红溶液褪色，
故答案为：溶液具有酸性，中和了溶液中的NaOH；漂白性；
（4）二氧化硫有毒，不能排放到空气中，应可氢氧化钠溶液反应，则棉花上可浸有氢氧化钠溶液，防止污染空气，
故答案为：吸收多余的二氧化硫，防止污染空气；
（5）①观察稀硫酸溶液呈无色，可说明SO₄^2-无色；
②观察CuSO₄粉末呈白色，不能证明蓝色只与Cu²⁺有关；
③稀释CuSO₄溶液，溶液蓝色变浅，因阳离子和阴离子浓度都变浅，不能证明；
④往CuSO₄溶液中加入足量NaOH溶液，生成蓝色沉淀，过滤，滤液呈无色，铜离子浓度减小，可说明与铜离子有关；
⑤往CuSO₄溶液中加入足量BaCl₂的溶液，生成白色沉淀，过滤，滤液仍呈蓝色，铜离子物质的量不变，可说明与铜离子有关，
则对实验目的没有意义的是②③，
故答案为：②③；
（6）浓硫酸具有强氧化性，而稀硫酸与铜不反应，随着反应的进行，硫酸浓度不断降低，稀硫酸与铜不反应，则反应后溶液中一定含有硫酸，浓H₂SO₄与铜反应的过程中，浓度会变稀，而稀硫酸不与铜反应，所以会有剩余，加入硝酸钾后，硝酸根离子在氢离子存在情况下有强氧化性，能与铜反应，剩余硫酸浓度为amol/L，则硫酸物质的量=0.0125L×amol/L=0.0125amol，n（Cu）=$\frac{7.2g}{64g/mol}$=0.1125mol，n（H₂SO₄）=0.0125L×18mol/L=0.225mol，参加反应的硫酸物质的量=0.225mol-0.0125amol，Cu+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，2mol硫酸反应单质转移2mol，则电子转移为：0.225mol-0.0125amol，设加入硝酸钾物质的量为x，依据电子守恒列式计算得到：0.1125mol×2=0.225mol-0.0125amol+3x，得到x=$\frac{a}{240}$mol，
故答案为：反应过程中浓H₂SO₄被不断消耗，生成的水逐渐增多，使浓硫酸逐渐变稀，至一定浓度就不再与铜片反应；$\frac{a}{240}$；

点评 本题综合考查性实验设计、电子转移守恒的计算，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，题目难度中等，注意把握相关物质的性质以及实验原理．