Question

1．為探究銅與濃硫酸的反應，甲、乙兩同學分別設計了圖1、圖2所示裝置，將足量銅和10mL 18mol•L^-1濃硫酸共熱，直到無氣體生成為止（假定反應前后試管中溶液的體積不變）．

（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控制反應的發(fā)生和停止；②停止加熱時，能防止倒吸或平衡壓強．
（2）①甲根據(jù)所學的化學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)是反應中濃硫酸被消耗，同時生成水，濃硫酸逐漸變稀，而Cu不能與稀硫酸反應．
②下列藥品中能夠用來證明反應結(jié)束后的燒瓶中確有硫酸剩余的是AD．（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，應當采取的操作是從導管口向A中大量鼓氣．
（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，甲、乙兩位同學進行了如下設計：
①甲方案：將產(chǎn)生的氣體緩緩通過預先稱量過的盛有的堿石灰干燥管，反應結(jié)束后再次稱量，干燥管質(zhì)量增加 m g．剩余酸濃度為（18-$\frac{25m}{8}$）mol•L^-1．
②乙方案：分離出反應后的溶液并加蒸餾水稀釋至1 000mL，取20.00mL于錐形瓶中，滴入2～3滴甲基橙，（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0.25Vmol•L^-1．
③甲、乙兩方案比較，你認為誤差較大的是甲，理由是被堿石灰吸收的除了SO₂外還有水蒸氣，導致SO₂的質(zhì)量偏大，計算出的余酸濃度偏�。�

Answer 1

分析 （1）與圖1相比，圖2 裝置中，可以過銅絲的上下抽動可以控制反應的發(fā)生和停止；停止加熱時，能防止倒吸；
（2）①隨著反應的進行，濃硫酸會變成稀硫酸，而稀硫酸不與銅反應；
②硫酸、硫酸銅均勻鋇鹽反應得到硫酸鋇沉淀，Ag不能與硫酸反應，剩余的硫酸能與Fe、碳酸氫鈉反應生成氣體，據(jù)此檢驗是否有硫酸剩余；
（3）從導管口向A中大量鼓氣，使二氧化硫在溶液中被氧化為硫酸；
（4）①原理是通過干燥管質(zhì)量增重，測定生成二氧化硫的質(zhì)量，可以用干燥管吸收，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算二氧化硫的物質(zhì)的量，再根據(jù)方程式計算參加反應硫酸物質(zhì)的量，進而計算剩余硫酸濃度；
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，根據(jù)n=cV計算n（NaOH），進而計算剩余硫酸物質(zhì)的量濃度，進而計算1000mL溶液中剩余硫酸物質(zhì)的量，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計算；
③甲、乙兩方案比較，反應發(fā)生時產(chǎn)生的SO₂氣體中含有水蒸氣，甲中被堿石灰吸收的除了SO₂外還有水蒸氣，導致SO₂的質(zhì)量偏大．

解答 解：（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隨時發(fā)生，也可以是反應隨時停止，這樣就可以控制化學反應的進行；②由于在圖2裝置中有一根玻璃導管，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，
故答案為：通過銅絲的上下抽動可以控制反應的發(fā)生和停止；停止加熱時，能防止倒吸或平衡壓強；（2）①反應中濃硫酸被消耗，同時生成水，濃硫酸逐漸變稀，而Cu不能與稀硫酸反應，故有一定量的硫酸剩余，
故答案為：反應中濃硫酸被消耗，同時生成水，濃硫酸逐漸變稀，而Cu不能與稀硫酸反應；
②A．若有硫酸剩余，則加入Fe粉時會發(fā)生反應：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，冒氣泡，故A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：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，產(chǎn)生白色沉淀，故B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，故C錯誤；
D．酸性H₂SO₄＞H₂CO₃，所以加入碳酸氫鈉溶液時發(fā)生反應：H₂SO₄+2NaHCO₃=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑，冒氣泡說明有硫酸剩余，故D正確，
故選：AD；
（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，應當采取的操作是從導管口向A中大量鼓氣，使二氧化硫在溶液中被氧化為硫酸，
故答案為：從導管口向A中大量鼓氣；
（4）①由于SO₂是酸性氣體，能與堿發(fā)生反應，在甲方案：將產(chǎn)生的氣體緩緩通過預先稱量過的盛有堿石灰的干燥管，反應結(jié)束后再次稱量，干燥管質(zhì)量增加m g，則n（SO₂）=$\frac{m}{64}$mol，由Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，可知反應消耗的硫酸的物質(zhì)的量為$\frac{m}{64}$mol×2=$\frac{m}{32}$mol，剩余的硫酸物質(zhì)的量濃度為18mol/L-$\frac{\frac{m}{32}mol}{0.01L}$=（18-$\frac{25m}{8}$）mol/L，
故答案為：堿石灰；（18-$\frac{25m}{8}$）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，n（NaOH）=V×10^-3 L×0.1mol/L=V×10^-4mol，故剩余硫酸的物質(zhì)的量為n（H₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=5V×10^-5mol，所以其余酸濃度為（5V×10^-5mol×$\frac{1000mL}{20mL}$）÷0.01L=0.25V mol/L，
故答案為：甲基橙；0.25V；
③甲、乙兩方案比較，誤差較大的是甲，因為該反應發(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，導致SO₂的質(zhì)量偏大，則計算出的余酸濃度偏小，
故答案為：甲；被堿石灰吸收的除了SO₂外還有水蒸氣，導致SO₂的質(zhì)量偏大，計算出的余酸濃度偏�。�

點評 本題考查銅與濃硫酸的反應方案的評價、實驗操作、誤差分析、酸堿中和滴定的指示劑的選擇、計算等，是對學生綜合能力的考查，有利于培養(yǎng)學生的化學實驗能力、分析解決問題的能力．