Question

某化學(xué)課外興趣小組為探究銅跟濃硫酸的反應(yīng)情況，用下圖所示的裝置先進(jìn)行了有關(guān)實(shí)驗(yàn)：

⑴B是用來收集實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生氣體的裝置，但未將導(dǎo)管畫全，請將裝置圖補(bǔ)充完整。

⑵實(shí)驗(yàn)中他們?nèi)?.4g銅片和12mL 18mol·L^－1濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，直到反應(yīng)完畢，最后發(fā)現(xiàn)燒瓶中還有銅片剩余，該小組學(xué)生根據(jù)所學(xué)的化學(xué)知識認(rèn)為還有一定量的硫酸剩余。

①請寫出銅與濃硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式                

②為什么有一定量的余酸但未能使銅片完全溶解？你認(rèn)為原因是              。

③下列試劑中能夠證明反應(yīng)結(jié)束后的燒瓶中確有余酸的是       （填寫字母編號）

A．鐵粉      B．BaCl₂溶液       C．銀粉       D．Na₂CO₃溶液

（3）為了測定余酸的物質(zhì)的量濃度，甲、乙兩位同學(xué)進(jìn)行了如下設(shè)計(jì):

①甲同學(xué)設(shè)計(jì)方案是：先測定銅與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的SO₂的量,再計(jì)算余酸的物質(zhì)的量濃度,他認(rèn)為測定SO₂的量的方法有很多種,請問下列實(shí)驗(yàn)方案中不可行的是      (填寫字母編號)

A：將裝置A產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄟ^預(yù)先稱量過的盛有堿石灰的干燥管,結(jié)束反應(yīng)后再次稱量

B：將裝置A產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄈ胱懔坑孟×蛩崴峄�的高錳酸鉀溶液,再加入足量的氯化鋇溶液,過濾、洗滌、干燥,稱量沉淀

C：用排水法測定裝置A產(chǎn)生氣體的體積(已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況)

D：將裝置A產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄈ胱懔康臍溲趸�鋇溶液(預(yù)先除去了溶解O₂),反應(yīng)完全后,過濾、洗滌、干燥,稱量沉淀(隔絕空氣條件下)

②乙同學(xué)設(shè)計(jì)的方案是：在反應(yīng)后的溶液中加蒸餾水稀釋至1000mL，取20mL于錐形瓶中，滴加2～3滴甲基橙指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液進(jìn)行滴定(已知：Cu(OH)₂開始沉淀的pH約為5)，通過測定出消耗NaOH溶液的體積來求余酸的物質(zhì)的量濃度。假定反應(yīng)前后燒瓶中溶液體積不變,你認(rèn)為乙同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案能否求得余酸的物質(zhì)的量濃度          ,(填能或否)，其理由是                           。

(4)請你再設(shè)計(jì)一個(gè)可行的實(shí)驗(yàn)方案來測定余酸的物質(zhì)的量濃度。簡要寫出操作步驟及需要測定的數(shù)據(jù)，并寫出相應(yīng)的計(jì)算式。

Answer 1

（1）；（2）①Cu+2H₂SO₄==CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；②隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃硫酸被不斷消耗，生成水逐漸增多，濃硫酸逐漸變成稀硫酸，稀硫酸不能與銅反應(yīng)。③AD（3）①A、B、C；②否。其理由是：水溶液中Cu²⁺呈藍(lán)色，導(dǎo)致無法通過溶液顏色變化判斷滴定終點(diǎn)。

（4）參考方案一：反應(yīng)結(jié)束后將燒瓶中的銅片取出，洗凈、烘干，稱量的剩余銅的質(zhì)量為mg。計(jì)算式為：c={[0.216-(6.4-m)÷32]÷0.012}mol/L。

參考方案二：反應(yīng)結(jié)束后將燒瓶中的銅片取出，然后向溶液中加入足量的BaCl2溶液，過濾出沉淀，洗滌、干燥稱量沉淀質(zhì)量為mg。計(jì)算式為：c=[(2m÷233-0.216)÷0.012]mol/L.

參考方案三：反應(yīng)結(jié)束后,將燒瓶中銅片取出,然后向溶液中加入足量的NaOH溶液,過濾出沉淀,洗滌、干燥后稱量沉淀質(zhì)量為mg.計(jì)算式為:c=[(0.216-m÷49)÷0.012]mol/L

解析:

⑴收集有毒氣體時(shí)只能在密閉條件下進(jìn)行，并且用排空氣發(fā)收集，SO₂比空氣重，應(yīng)用向上排空氣法進(jìn)行收集，進(jìn)氣導(dǎo)管要插到集氣瓶底部，且尾氣要用氫氧化鈉吸收，據(jù)此可補(bǔ)充完整裝置圖。

⑵濃硫酸與銅反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu+2H₂SO_4(濃)=CuSO₄+SO₂↑+2H₂O,本反應(yīng)中有水生成,濃硫酸不斷消耗，因此，硫酸濃度會不斷降低，當(dāng)變成稀硫酸時(shí)，銅就不能再繼續(xù)反應(yīng)。

（3）A方案中沒有除去水蒸氣；B方案中雖然SO₂能被氧化成SO₄^2- ：2MnO₄^—+5SO₂+2H₂O=Mn²⁺+SO₄^2—+4H⁺，但酸化時(shí)加入的是H₂SO₄，產(chǎn)生的白色沉淀是由兩部分得來，沒有辦法計(jì)算SO₂是多少，故該方案也不可行；C方案用滴定方案看起來可行的，但滴定終點(diǎn)需要通過溶液的顏色變化判斷，該溶液呈蘭色，無法通過顏色變化確定滴定終點(diǎn)，故也不可行；只有D方案在題設(shè)條件下是可行的，但操作仍然比較困難。因此，出題者把更好的實(shí)驗(yàn)方案留給了學(xué)生自己來發(fā)揮，即第（4）問，我們可以從測定銅片質(zhì)量變化、測剩余在反應(yīng)器中的SO₄^2—、測生成的Cu²⁺的物質(zhì)的量等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。