Question

為探究銅與濃硫酸的反應(yīng)，甲、乙兩同學(xué)分別設(shè)計了圖1、圖2所示裝置，將足量銅和10 mL 18 mol·L^-1濃硫酸共熱，直到無氣體生成為止(假定反應(yīng)前后試管中溶液的體積不變)。
     
圖1                              圖2
（1）比較兩實驗裝置，圖2裝置的優(yōu)點是：①           ；②            。
（2）①甲根據(jù)所學(xué)的化學(xué)知識認為還有一定量的硫酸剩余。甲認為硫酸剩余的理論依據(jù)是    。
②下列藥品中能夠用來證明反應(yīng)結(jié)束后的燒瓶中確有硫酸剩余的是_______。（選填編號）

A．過量鐵粉

B．氯化鋇溶液

C．銀粉

D．碳酸氫鈉溶液

（3）乙在拆除圖2裝置前，不打開膠塞，為使裝置中的殘留氣體完全被吸收，應(yīng)當采取的操作是          。
（4）為定量測定當剩余硫酸濃度不大于何值時，銅與硫酸就不能反應(yīng)，甲、乙兩位同學(xué)進行了如下設(shè)計：
①甲方案：將產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄟ^預(yù)先稱量過的盛有     的干燥管，反應(yīng)結(jié)束后再次稱量，干燥管質(zhì)量增加m g。其余酸濃度為       mol·L^－1。
②乙方案：分離出反應(yīng)后的溶液并加蒸餾水稀釋至1 000 mL，取20.00 mL于錐形瓶中，滴入2～3滴      ，（選填“酚酞”、“甲基橙”）用0.1000mol·L^－1標準NaOH溶液進行滴定(已知氫氧化銅開始沉淀的pH約為5)，用去NaOH溶液V mL。其余酸濃度為      mol·L^－1。
③甲、乙兩方案比較，你認為誤差較大的是      ，理由是                           。

Answer 1

（1）①能更好地吸收有毒氣體SO₂，防止其污染環(huán)境
②停止加熱時，能防止倒吸或平衡壓強
③通過銅絲的上下抽動可以控制反應(yīng)的發(fā)生和停止 。
（2）①隨著反應(yīng)的進行，濃硫酸會變成稀硫酸，而稀硫酸不與銅反應(yīng)。
②A D
（3）從導(dǎo)管口向A中大量鼓氣 。
（4）①堿石灰；  [18-25m/8] 。
②甲基橙；  0.25v 。
③甲； 被堿石灰吸收的除了SO₂外還有水蒸氣，導(dǎo)致SO₂的質(zhì)量偏大，計算出的余酸濃度偏小。

解析試題分析：
（1）比較兩實驗裝置，圖2裝置的優(yōu)點是：①通過銅絲的上下抽動可以使反應(yīng)隨時發(fā)生，也可以是反應(yīng)隨時停止，這樣就可以控制化學(xué)反應(yīng)的進行；②用品紅溶液檢驗后用NaOH來吸收SO₂，可以減少有毒氣體的排放，更環(huán)保。③由于在圖2裝置中有一根玻璃導(dǎo)管。當停止加熱時，它能平衡壓強，這樣就可以防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生。
（2）①Cu與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)：Cu＋2H₂SO₄(濃) CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O隨著反應(yīng)的進行，濃硫酸會變成稀硫酸，而稀硫酸不與銅反應(yīng)。因此還有一定量的硫酸剩余。②A、若有硫酸剩余，則加入Fe粉時會發(fā)生反應(yīng)：Fe＋H₂SO₄=FeSO₄＋H₂↑。冒氣泡。正確。B.無論是否有硫酸剩余，在溶液中都含有SO₄^2-_，加入氯化鋇溶液時發(fā)生反應(yīng)：Ba²⁺+ SO₄^2-=BaSO₄↓。產(chǎn)生白色沉淀。錯誤。C. 在金屬活動性順序表中Ag在H的后面，不能把酸中的H置換出來。錯誤。D.酸性H₂SO₄ >H₂CO₃，所以加入碳酸氫鈉溶液時發(fā)生反應(yīng)H₂SO₄+ 2NaHCO₃=Na₂SO₄+2H₂O＋2CO₂↑。冒氣泡。正確。故正確選項為A 、D。
（3）乙在拆除圖2裝置前，不打開膠塞，為使裝置中的殘留氣體完全被吸收，應(yīng)當采取的操作是從導(dǎo)管口向A中大量鼓氣 。
（4）①由于SO₂是酸性氣體，能與堿發(fā)生反應(yīng)，所以在甲方案：將產(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，反應(yīng)結(jié)束后再次稱量，干燥管質(zhì)量增加m g。n(SO₂)=(64/m)mol,反應(yīng)消耗的硫酸的物質(zhì)的量為(32/m)mol.剩余的硫酸物質(zhì)的量濃度為{18×10^-2mol-(32/m)mol}÷10^-2L=(18-25m/8)mol/L。
②乙方案：由于氫氧化銅開始沉淀的pH約為5甲基橙的變色范圍為3.1～4.4.酚酞的變色范圍是8.2～10.所以為了減少實驗誤差，在酸堿中和滴定時選擇的指示劑為甲基橙。此時只發(fā)生酸堿中和反應(yīng)。取20.00 mL稀釋后的溶液。用0.1000mol/L標準NaOH溶液進行滴定用去NaOH溶液V mL。n(NaOH)= V×10^-4mol.剩余硫酸的物質(zhì)的量為n(H₂SO₄)= 5V×10^-5mol，所以其余酸濃度為(1 000 mL÷20.00 mL) 5V×10^-5mol ÷0.01L=0.25v mol/L。  
③甲、乙兩方案比較，誤差較大的是甲；因為該反應(yīng)發(fā)生時產(chǎn)生的SO₂氣體中含有水蒸氣，被堿石灰吸收的除了SO₂外還有水蒸氣，導(dǎo)致SO₂的質(zhì)量偏大，則計算出的余酸濃度偏小。
考點：考查銅與濃硫酸的反應(yīng)方案的評價、實驗操作、誤差分析、酸堿中和滴定的指示劑的選擇、計算等。