Question

某學(xué)校課外活動小組針對教材中銅與濃硫酸反應(yīng)，提出了“能夠與銅反應(yīng)的硫酸的最低濃度是多少？”的探究課題，并設(shè)計了如下方案進(jìn)行實驗：實驗試劑：18mol/L硫酸20mL，純銅粉足量，足量2mol/LNaOH溶液．
請根據(jù)實驗回答問題：
（1）首先根據(jù)右圖所示，組裝實驗裝置，并在加入試劑前先進(jìn)行

 

操作．
（2）燒杯中用NaOH溶液吸收的物質(zhì)是

 

（填化學(xué)式），利用倒置的漏斗而不是將導(dǎo)氣管直接伸入燒杯中的目的是：

 

．
（3）加熱燒瓶20分鐘，燒瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是：

 

．待燒瓶中反應(yīng)基本結(jié)束，撤去酒精燈，利用燒瓶中的余熱使反應(yīng)進(jìn)行完全．然后由導(dǎo)管a通入足量的空氣，以確保燒瓶中的SO₂氣體全部進(jìn)入燒杯中．在該實驗裝置中的

 

 （填儀器名稱）起到了確保硫酸溶液體積保持不變的作用．
（4）將充分反應(yīng)后的燒杯取下，向其中加入足量的雙氧水，再加入足量的BaCl₂溶液，再進(jìn)行

 

、

 

、

 

后稱量固體的質(zhì)量為13.98g，請計算能與銅反應(yīng)的硫酸的最低濃度是

 

．
（5）有同學(xué)提出在上面（4）中可以不必加入雙氧水，直接進(jìn)行后面的實驗，也能得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，請結(jié)合你的理解分析

 

（填“需要”或“不需要”）加入雙氧水，說明原因：

 

．

Answer 1

分析：（1）裝置是氣體發(fā)生裝置，需要在開始時檢查裝置的氣密性；
（2）二氧化硫是污染性氣體不能排放到空氣中，需要用氫氧化鈉溶液吸收，利用倒置的漏斗而不是將導(dǎo)氣管直接伸入燒杯中是防止液體倒吸；
（3）燒瓶中是銅和濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，裝置中長導(dǎo)氣管兼起導(dǎo)氣冷凝的作用，使水蒸氣冷凝回流；
（4）加入過氧化氫把亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，加入氯化鋇溶液反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，通過過濾、洗滌、干燥得到沉淀稱量計算硫元素物質(zhì)的量，依據(jù)硫元素守恒結(jié)合化學(xué)方程式計算需要反應(yīng)的硫酸最低濃度；
（5）不加入過氧化氫，沉淀為亞硫酸鋇和硫酸鋇沉淀，不能計算硫元素物質(zhì)的量，對實驗產(chǎn)生誤差．

解答：解：（1）實驗裝置是制備二氧化硫氣體的發(fā)生裝置，在實驗前需要檢驗裝置氣密性，防止裝置漏氣影響實驗，
故答案為：檢驗裝置氣密性；
（2）二氧化硫是污染性氣體不能排放到空氣中，需要用氫氧化鈉溶液吸收，利用倒置的漏斗而不是將導(dǎo)氣管直接伸入燒杯中是防止液體倒吸，
故答案為：SO₂；防倒吸；
（3）燒瓶中是銅和濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu+2H₂SO₄

△   .

CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，裝置中長導(dǎo)氣管兼起導(dǎo)氣冷凝的作用，使水蒸氣冷凝回流，起到了確保硫酸溶液體積保持不變的作用；
故答案為：Cu+2H₂SO₄

△   .

CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；長導(dǎo)管；
（4）加入過氧化氫把亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，加入氯化鋇溶液反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，通過過濾、洗滌、干燥得到沉淀，稱量固體的質(zhì)量為13.98g為硫酸鋇沉淀，物質(zhì)的量=

13.98g

233g/mol

=0.06mol，依據(jù)硫元素守恒，被氧化的硫酸為0.06mol，依據(jù)化學(xué)方程式可知，Cu+2H₂SO₄

△   .

CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，反應(yīng)的硫酸物質(zhì)的量為0.12mol，剩余硫酸物質(zhì)的量=18mol/L×0.020L-0.12mol=0.24mol，剩余需要的最低濃度=

0.24mol

0.02L

=12mol/L，
故答案為：過濾；洗滌；干燥；12mol/L；
（5）不加入過氧化氫，沉淀為亞硫酸鋇和硫酸鋇沉淀，不能計算硫元素物質(zhì)的量，所以需要加入過氧化氫，氧化亞硫酸鈉為硫酸鈉后，再進(jìn)行沉淀稱量計算，
故答案為：需要；在燒杯中生成的Na₂SO₃可能被部分氧化為Na₂SO₄，如果不加入雙氧水而直接測定沉淀質(zhì)量則無法確定S元素的物質(zhì)的量，從而使實驗結(jié)果錯誤．

點評：本題考查了濃硫酸性質(zhì)的分析應(yīng)用，實驗設(shè)計方法的設(shè)計方法，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．