Question

14．某化學(xué)課外興趣小組為探究銅與濃硫酸的反應(yīng)，用如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

請回答下列問題：
（1）B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．
（2）實(shí)驗(yàn)中他們?nèi)?.4g銅片和12mL18mol•L^-1濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，直到反應(yīng)停止，最后發(fā)現(xiàn)燒瓶中還有銅片剩余，該小組中的同學(xué)認(rèn)為還有一定量的硫酸剩余．
①寫出銅與濃硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Cu+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，實(shí)驗(yàn)中若有m g銅參加了反應(yīng)，則有$\frac{m}{64}$mol硫酸被氧化，電子轉(zhuǎn)移數(shù)目為$\frac{m}{32}$mol．
②下列試劑中，能證明反應(yīng)停止后燒瓶中有硫酸剩余的是D（填寫字母編號）．
A．硫酸鈉溶液      B．氯化鋇溶液      C．銀粉        D．碳酸鈉溶液
③為什么有一定量的硫酸剩余但未能使銅片完全溶解？你認(rèn)為的原因是稀硫酸不與銅反應(yīng)．
（3）為了測定剩余硫酸的物質(zhì)的量濃度，該興趣小組設(shè)計了三個實(shí)驗(yàn)方案：
方案一：將裝置A產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄟ^已稱量過的裝有堿石灰的干燥管，反應(yīng)停止后再次稱量，兩次質(zhì)量差即是吸收的二氧化硫．
方案二：將裝置A產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄈ胱懔康挠昧蛩崴峄�的高錳酸鉀溶液，再加入足量的氯化鋇溶液，過濾、洗滌、干燥，稱得沉淀的質(zhì)量即是二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸鋇沉淀的質(zhì)量．
方案三：當(dāng)銅和濃硫酸的反應(yīng)結(jié)束后，在裝置A中加入足量的鋅粉，用排水法測得產(chǎn)生氫氣的體積為V L（已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
實(shí)際上，以上方案一、二均不可取，請你說出原因？方案一產(chǎn)生的氣體中含有水蒸氣，干燥管中的質(zhì)量差不僅僅是SO₂的質(zhì)量（或燒瓶中的二氧化硫不能完全排出）；方案二沉淀的質(zhì)量一部分是高錳酸鉀溶液中起酸化作用的硫酸與氯化鋇反應(yīng)而產(chǎn)生的．
方案三：寫出剩余硫酸的物質(zhì)的量濃度的計算式（假設(shè)反應(yīng)后溶液的體積仍為12mL）$\frac{V}{22.4×0.012}$mol/L．

Answer 1

分析 （1）銅和濃硫酸加熱一生成二氧化硫氣體，二氧化硫比空氣重，用向上排氣法收集，進(jìn)氣的導(dǎo)氣管長進(jìn)短處；
（2）①銅和濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水；依據(jù)化學(xué)方程式中元素化合價變化計算氧化還原關(guān)系；
②證明硫酸剩余是證明氫離子的存在；
③濃硫酸隨反應(yīng)進(jìn)行濃度變稀后不與銅發(fā)生反應(yīng)；
（3）方案一，堿石灰增重為二氧化硫和水蒸氣的質(zhì)量分析；
方案二，硫酸鋇沉淀是二氧化硫被氧化為硫酸生成的硫酸鋇沉淀和硫酸酸化高錳酸鉀溶液，氣酸化作用的硫酸生成的硫酸鋇沉淀；
方案三，依據(jù)生成氫氣計算硫酸物質(zhì)的量結(jié)合濃度概念計算剩余硫酸濃度．

解答 解：（1）銅和濃硫酸加熱一生成二氧化硫氣體，二氧化硫比空氣重，用向上排氣法收集，進(jìn)氣的導(dǎo)氣管長進(jìn)短處，圖中補(bǔ)進(jìn)氣管伸入近集氣瓶底，裝置圖為：，故答案為：；
（2）①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（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；分析化學(xué)方程式若有m g銅物質(zhì)的量為$\frac{m}{64}$mol參加了反應(yīng)，被還原硫酸物質(zhì)的量為$\frac{m}{64}$mol，電子轉(zhuǎn)移物質(zhì)的量為$\frac{m}{64}$mol×2=$\frac{m}{32}$，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；$\frac{m}{64}$；$\frac{m}{32}$；
②能證明反應(yīng)停止后燒瓶中有硫酸剩余，只能證明氫離子的存在才能說明，不能證明硫酸根離子，因?yàn)闈饬蛩岷豌~反應(yīng)生成了硫酸銅；
A．硫酸鈉溶液不能能證明硫酸根離子存在，也不能證明氫離子的存在，故A不符合；
B．氯化鋇溶液能證明硫酸根離子存在，但不能證明氫離子存在，故B不符合；
C．銀粉和稀硫酸不反應(yīng)不能證明氫離子的存在，故C不符合；
D．碳酸鈉溶液和氫離子反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，可以用來證明溶液中存在稀硫酸，故D符合；
故答案為：D；
③有一定量的硫酸剩余但未能使銅片完全溶解，因?yàn)闈饬蛩犭S反應(yīng)進(jìn)行濃度變稀后不與銅發(fā)生反應(yīng)，
故答案為：稀硫酸不與銅反應(yīng)；
（3）方案一：銅和濃硫酸反應(yīng)生成的二氧化硫氣體中含有水蒸氣，堿石灰吸收的質(zhì)量為二氧化硫和水蒸氣，或裝置中二氧化硫未被完全排除，稱量的不全是二氧化硫質(zhì)量，故答案為：產(chǎn)生的氣體中含有水蒸氣，干燥管中的質(zhì)量差不僅僅是SO₂的質(zhì)量（或燒瓶中的二氧化硫不能完全排出）；
方案二：生成的沉淀是高錳酸鉀溶液中起酸化作用的硫酸與氯化鋇反應(yīng)而產(chǎn)生的沉淀和二氧化硫被氧化為硫酸生成的硫酸鋇沉淀，不全是二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸生成的沉淀，
故答案為：沉淀的質(zhì)量一部分是高錳酸鉀溶液中起酸化作用的硫酸與氯化鋇反應(yīng)而產(chǎn)生的；
方案三：依據(jù)化學(xué)方程式Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，生成氫氣物質(zhì)的量=$\frac{V}{22.4}$mol，所以剩余稀硫酸濃度=$\frac{V}{22.4×0.012}$mol/L，
故答案為：$\frac{V}{22.4×0.012}$mol/L．

點(diǎn)評 本題以濃硫酸性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法和過程分析判斷，產(chǎn)物的驗(yàn)證方法分析應(yīng)用，注意濃硫酸隨反應(yīng)進(jìn)行變?yōu)橄×蛩岷蟛慌c銅發(fā)生反應(yīng)，題目難度中等．