Question

1．硫酸铜受热分解生成氧化铜和气体，加热温度不同，气体成分也不同．气体成分可能含SO₂、SO₃和O₂中的一种、两种或三种．某化学课外活动小组通过设计探究性实验，测定反应产生的SO₂、SO₃和O₂的物质的量，并计算确定各物质的化学计量数，从而确定CuSO₄分解的化学方程式．实验用到的仪器如图所示：

【提出猜想】
Ⅰ．所得气体的成分可能只含SO₃一种；
Ⅱ．所得气体的成分可能含有SO₂、O₂两种；
Ⅲ．所得气体的成分可能含有SO₃、SO₂、O₂三种．
【实验探究】
实验操作过程略．
已知实验结束时，硫酸铜完全分解．
（1）请你组装探究实验的装置，按从左至右的方向，各仪器接口的连接顺序为：①→⑨→⑩→⑥→⑤→③→④→⑧→⑦→②（填接口序号）．
（2）若实验结束时B中量筒没有收集到水，则证明猜想Ⅰ正确．
（3）有两个实验小组进行该实验，由于加热时的温度不同，实验结束后测得相关数据也不同，数据如下：

实验小组	称取CuSO4的质量/g	装置C增加的质量/g	量筒中水的体积折算成标准状况下气体的体积/mL
一	6.4	2.56	448
二	6.4	2.56	224

请通过计算，推断出第一小组和第二小组的实验条件下CuSO₄分解的化学方程式．
第一小组：2CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑；
第二小组：4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₂↑+2SO₃↑+O₂↑．

Answer 1

分析 【提出猜想】
猜想Ⅱ．如果有氧气生成，则发生的化学反应是氧化还原反应，则生成的另一种气体应该是SO₂；
猜想Ⅲ．硫酸铜受热分解所得气体的成分可能含有SO₃、SO₂、O₂；
（1）实验时，根据反应装置、洗气装置、干燥装置、收集装置进行排序；
（2）若实验结束时装置B中量筒没有收集到水，说明生成的气体完全被吸收；
（3）c装置吸收的是SO₂，E装置中收集的气体是O₂，根据转移电子配平方程式，
实验一中n（CuSO₄）=$\frac{6.4g}{160g/mol}$=0.04mol，n（SO₂）=$\frac{2.56g}{64g/mol}$=0.04mol、n（O₂）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，
根据转移电子守恒知，硫酸铜分解生成n（SO₂）=$\frac{0.02mol×4}{2}$=0.04mol，所以该反应中没有SO₃生成，
实验二中n（CuSO₄）=$\frac{6.4g}{160g/mol}$=0.04mol，n（SO₂）=$\frac{3.84g}{64g/mol}$=0.06mol，n（O₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，
根据转移电子守恒知，硫酸铜分解生成n（SO₂）=$\frac{0.01mol×4}{2}$=0.02mol＜0.06mol，所以生成的气体中含有SO₃．

解答 解：【提出猜想】
猜想Ⅱ．如果有氧气生成，则发生的化学反应中有电子转移，所以是氧化还原反应，则生成的另一种气体应该是SO₂，因为硫酸和SO₃中S元素化合价相同，所以只能是SO₂；
猜想Ⅲ．硫酸铜受热分解所得气体的成分可能含有SO₃、SO₂、O₂，
故答案为：SO₂、O₂；SO₃、SO₂、O₂；
（1）实验时，根据反应装置、洗气装置、干燥装置、收集装置进行排序，A是制取气体、B是量取生成氧气体积、C是吸收二氧化硫、D是干燥氧气、E是排水法收集氧气、F吸收三氧化硫，
其实验先后顺序是制取气体、除去三氧化硫、吸收水分、吸收二氧化硫、吸收二氧化硫、干燥氧气、收集氧气，所以其排列顺序为①→⑨→⑩→⑥→⑤→③→④→⑧→⑦→②，
故答案为：③；④；⑧；⑦；
（2）若实验结束时装置B中量筒没有收集到水，说明生成的气体完全被吸收，因为生成二氧化硫时一定生成氧气，氧气不能被吸收，所以生成的气体只能是三氧化硫，所以I是正确的，故选I，
故答案为：Ⅰ；
（3）c装置吸收的是SO₂，E装置中收集的气体是O₂，
实验一中n（CuSO₄）=$\frac{6.4g}{160g/mol}$=0.04mol，n（SO₂）=$\frac{2.56g}{64g/mol}$=0.04mol、n（O₂）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，
根据转移电子守恒知，硫酸铜分解生成n（SO₂）=$\frac{0.02mol×4}{2}$=0.04mol，所以该反应中没有SO₃生成，再结合原子守恒配平方程式为2CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑；
实验二中n（CuSO₄）=$\frac{6.4g}{160g/mol}$=0.04mol，n（SO₂）=$\frac{3.84g}{64g/mol}$=0.06mol，n（O₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，
根据转移电子守恒知，硫酸铜分解生成n（SO₂）=$\frac{0.01mol×4}{2}$=0.02mol＜0.06mol，所以生成的气体中含有SO₃，根据SO₃+2NaHSO₃=Na₂SO₄+2SO₂+H₂O知，生成n（SO₃）=$\frac{0.06mol-0.02mol}{2}$=0.02mol，所以n（SO₂）：n（SO₃）：n（O₂）=0.02mol：0.02mol：0.01mol=2：2：1，根据原子守恒配平方程式得4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₂↑+2SO₃↑+O₂↑，
故答案为：2CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑；4CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuO+2SO₂↑+2SO₃↑+O₂↑．

点评 本题考查性质实验方案设计，侧重考查学生实验操作、分析问题、解答问题能力，明确实验原理是解本题关键，知道实验仪器连接顺序，知道各个仪器中试剂的作用，题目难度中等．