Question

7．某化學(xué)興趣小組為探究銅跟濃硫酸反應(yīng)，用如圖裝置進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）裝置A中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）裝置B的作用是貯存多余的氣體，B中廣口瓶?jī)?nèi)應(yīng)盛放的液體是④（填序號(hào)）；
①水  ②酸性KMnO₄ ③Na₂CO₃溶液 ④飽和的NaHSO₃溶液
（3）裝置C和D中產(chǎn)生的現(xiàn)象相同，但原因卻不同．C中是由于SO₂溶液具有酸性中和了溶液中的NaOH，而D中則是由于SO₂具有漂白性；
（4）裝置D中試管口塞一團(tuán)棉花，棉花中應(yīng)浸有一種液體，其作用是吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣；
（5）實(shí)驗(yàn)完畢，待A中燒瓶?jī)?nèi)液體冷卻后，過(guò)濾，向?yàn)V液中加入少量的蒸餾水稀釋?zhuān)�溶液為藍(lán)色，為了證明藍(lán)色只與Cu²⁺有關(guān)，而與其它離子無(wú)關(guān)，某同學(xué)設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)，其中對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康臎](méi)有意義的是②③（填序號(hào)）；
①觀察稀H₂SO₄溶液呈無(wú)色
②觀察CuSO₄粉末呈白色
③稀釋CuSO₄溶液，溶液藍(lán)色變淺
④往CuSO₄溶液中加入足量NaOH溶液，生成藍(lán)色沉淀，過(guò)濾，濾液呈無(wú)色
⑤往CuSO₄溶液中加入足量BaCl₂的溶液，生成白色沉淀，過(guò)濾，濾液仍顯藍(lán)色
（6）若實(shí)驗(yàn)中用7.2g銅片和12.5ml18.0ml•L^-1的濃硫酸在加熱條件充分反應(yīng)，最終銅片仍有剩余．根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，某同學(xué)認(rèn)為溶液中一定還有硫酸剩余，其理由是反應(yīng)過(guò)程中濃H₂SO₄被不斷消耗，生成的水逐漸增多，使?jié)饬蛩嶂饾u變稀，至一定濃度就不再與銅片反應(yīng)．
假定反應(yīng)前后溶液的體積不變，設(shè)剩余硫酸的濃度為amol/L，現(xiàn)向反應(yīng)后溶液中緩慢加入硝酸鉀固體，充分?jǐn)嚢柚钡绞Ｓ嚆~片恰好完全反應(yīng)，反應(yīng)消耗硝酸鉀$\frac{a}{240}$mol（用含a的代數(shù)式表示，要化簡(jiǎn)）．

Answer 1

分析 濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，在加熱條件下與銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，反應(yīng)生成的SO₂具有酸性和還原性，可用排飽和NaHSO₃溶液收集，具有漂白性，可使品紅溶液褪色，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸濃度不斷降低，稀硫酸與銅不反應(yīng)，結(jié)合題目要求解答該題，
（1）濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，在加熱條件下與銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水；
（2）SO₂易溶于水，具有酸性和還原性；
（3）SO₂溶液具有酸性，可與NaOH溶液反應(yīng)，具有漂白性，可使品紅溶液褪色；
（4）二氧化硫有毒，不能排放到空氣中，應(yīng)可氫氧化鈉溶液反應(yīng)；
（5）①觀察稀硫酸溶液呈無(wú)色，可說(shuō)明SO₄^2-無(wú)色；
②觀察CuSO₄粉末呈白色，不能證明藍(lán)色只與Cu²⁺有關(guān)；
③稀釋CuSO₄溶液，溶液藍(lán)色變淺，因陽(yáng)離子和陰離子濃度都變淺，不能證明；
④往CuSO₄溶液中加入足量NaOH溶液，生成藍(lán)色沉淀，過(guò)濾，濾液呈無(wú)色，銅離子濃度減小，可說(shuō)明與銅離子有關(guān)；
⑤往CuSO₄溶液中加入足量BaCl₂的溶液，生成白色沉淀，過(guò)濾，濾液仍呈藍(lán)色，銅離子物質(zhì)的量不變，可說(shuō)明與銅離子有關(guān)，
（6）濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，而稀硫酸與銅不反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸濃度不斷降低，稀硫酸與銅不反應(yīng)，則反應(yīng)后溶液中一定含有硫酸，濃硫酸與銅反應(yīng)的過(guò)程中，濃度會(huì)變稀，而稀硫酸不與銅反應(yīng)，所以會(huì)有剩余，加入硝酸鉀后，硝酸根離子在氫離子存在情況下有強(qiáng)氧化性，能與銅反應(yīng)，剩余硫酸濃度為amol/L，依據(jù)氧化還原反應(yīng)單質(zhì)轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算得到．

解答 解：（1）濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，在加熱條件下與銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）SO₂易溶于水，具有酸性和還原性，可與酸性KMnO₄、Na₂SO₃溶液反應(yīng)，難溶于水飽和的NaHSO₃溶液，可用排飽和NaHSO₃溶液收集，
故答案為：④；
（3）SO₂溶液具有酸性，可與NaOH溶液反應(yīng)，發(fā)生：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O，則滴加酚酞的氫氧化鈉溶液褪色，具有漂白性，可使品紅溶液褪色，
故答案為：溶液具有酸性，中和了溶液中的NaOH；漂白性；
（4）二氧化硫有毒，不能排放到空氣中，應(yīng)可氫氧化鈉溶液反應(yīng)，則棉花上可浸有氫氧化鈉溶液，防止污染空氣，
故答案為：吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣；
（5）①觀察稀硫酸溶液呈無(wú)色，可說(shuō)明SO₄^2-無(wú)色；
②觀察CuSO₄粉末呈白色，不能證明藍(lán)色只與Cu²⁺有關(guān)；
③稀釋CuSO₄溶液，溶液藍(lán)色變淺，因陽(yáng)離子和陰離子濃度都變淺，不能證明；
④往CuSO₄溶液中加入足量NaOH溶液，生成藍(lán)色沉淀，過(guò)濾，濾液呈無(wú)色，銅離子濃度減小，可說(shuō)明與銅離子有關(guān)；
⑤往CuSO₄溶液中加入足量BaCl₂的溶液，生成白色沉淀，過(guò)濾，濾液仍呈藍(lán)色，銅離子物質(zhì)的量不變，可說(shuō)明與銅離子有關(guān)，
則對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康臎](méi)有意義的是②③，
故答案為：②③；
（6）濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，而稀硫酸與銅不反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸濃度不斷降低，稀硫酸與銅不反應(yīng)，則反應(yīng)后溶液中一定含有硫酸，濃H₂SO₄與銅反應(yīng)的過(guò)程中，濃度會(huì)變稀，而稀硫酸不與銅反應(yīng)，所以會(huì)有剩余，加入硝酸鉀后，硝酸根離子在氫離子存在情況下有強(qiáng)氧化性，能與銅反應(yīng)，剩余硫酸濃度為amol/L，則硫酸物質(zhì)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，參加反應(yīng)的硫酸物質(zhì)的量=0.225mol-0.0125amol，Cu+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，2mol硫酸反應(yīng)單質(zhì)轉(zhuǎn)移2mol，則電子轉(zhuǎn)移為：0.225mol-0.0125amol，設(shè)加入硝酸鉀物質(zhì)的量為x，依據(jù)電子守恒列式計(jì)算得到：0.1125mol×2=0.225mol-0.0125amol+3x，得到x=$\frac{a}{240}$mol，
故答案為：反應(yīng)過(guò)程中濃H₂SO₄被不斷消耗，生成的水逐漸增多，使?jié)饬蛩嶂饾u變稀，至一定濃度就不再與銅片反應(yīng)；$\frac{a}{240}$；

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、電子轉(zhuǎn)移守恒的計(jì)算，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋瑸楦呖汲Ｒ?jiàn)題型，題目難度中等，注意把握相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)以及實(shí)驗(yàn)原理．