Question

18．濃硫酸在高中化學(xué)實驗中有著很重要的作用
（1）銅與濃硫酸反應(yīng)實驗時，發(fā)現(xiàn)試管底部有白色固體并夾雜有少量黑色固體．倒去試管中的濃硫酸，將剩余固體（含少量濃硫酸）倒入盛有少量水的燒杯中，發(fā)現(xiàn)所得溶液為藍色，黑色固體未溶解．過濾、洗滌后，向黑色固體中加入過量濃硝酸，黑色固體溶解，溶液呈藍色，所得溶液加BaCl₂溶液后有白色沉淀生成．則黑色固體中含有Cu、S元素．
（2）實驗室利用濃硫酸分別與氯化鈉固體和碘化鉀固體加熱反應(yīng)制取所需物質(zhì)，分析這兩個反應(yīng)中濃硫酸作用的異同點：相同點均為難揮發(fā)性的酸，不同點后者還有強氧化性．
（3）探究濃硫酸的吸水性．某同學(xué)把98%的硫酸10mL和63.3%的硫酸（用10mL 98%的硫酸與10mL水配成）約20mL分別放入兩個相同的大表面皿中，根據(jù)室溫環(huán)境下實驗的數(shù)據(jù)繪成的曲線如圖．由右圖曲線你能得到的實驗結(jié)論有哪些？（寫兩點）98%硫酸和63.3%硫酸都具有吸水性、98%硫酸吸水能力比63.3%硫酸強．
（4）濃硫酸與蔗糖反應(yīng)的演示實驗裝置修改如圖 2：實驗時在大試管中先放入2g細小顆粒的蔗糖，滴加2-3滴碳酸鈉濃溶液，再加入1.5mL 98%的濃硫酸，迅速塞緊帶干燥管的單孔橡皮塞．可以看到，蔗糖迅速變黑，體積急劇膨脹，形成多孔海綿狀固體物質(zhì)--“黑面包”．分析實驗效果更加明顯的原因：碳酸鈉與濃硫酸反應(yīng)及濃硫酸遇水均是放熱過程，使體系溫度升高，同時濃硫酸與碳酸鈉反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳使脫水后生成的炭更加疏松多孔．
（5）用濃硫酸吸收SO₃可得發(fā)煙硫酸（H₂SO₄•SO₃）．某化工廠用1.5m³ 98.3%的濃硫酸（密度為1.84g/mL）吸收SO₃形成發(fā)煙硫酸，再與水混合，可得到95%的硫酸（密度為1.79g/mL）3.49m³（保留2位小數(shù)）．
（6）在100mL 18mol•L^-1的濃硫酸中加入過量的銅片，加熱使之充分反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積可能是AB（填寫代號）；A.7.32LB.6.72LC.20.16LD.30.24L．

Answer 1

分析 （1）Cu與濃H₂SO₄發(fā)生的主要反應(yīng)為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂+2H₂O，依據(jù)硫酸銅為白色的固體，倒入水中溶液為藍色推斷白色固體為硫酸銅；依據(jù)黑色固體不溶液水，加入過量濃硝酸，黑色固體溶解，溶液呈藍色，推斷黑色固體中含有銅離子；依據(jù)所得溶液加BaCl₂溶液后有白色沉淀生成，推斷黑色固體含有硫元素，被硝酸氧化生成硫酸根離子，加BaCl₂溶液后有白色沉淀硫酸鋇生成，據(jù)此推斷；
（2）濃硫酸分別與氯化鈉固體反應(yīng)生成氯化氫，體現(xiàn)了濃硫酸的難揮發(fā)性；濃硫酸與固體碘化鉀反應(yīng)先生成碘化氫，碘化氫具有還原性，濃硫酸具有強的氧化性，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，該過程體現(xiàn)了濃硫酸的難揮發(fā)性和強的氧化性，據(jù)此解答；
（3）根據(jù)曲線觀察兩種酸的吸水情況的變化趨勢進行分析；
（4）濃硫酸與碳酸鈉反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而濃硫酸溶于水為放熱過程，使體系溫度升高，二氧化碳使“黑面包”膨脹；
（5）先根據(jù)濃硫酸的體積、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度計算出含有的硫酸、水的物質(zhì)的量，從而計算出發(fā)煙硫酸的物質(zhì)的量，然后設(shè)與水混合后的硫酸溶液的體積為VmL，根據(jù)稀釋過程中硫酸的質(zhì)量不變計算出V，再將計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成單位為m³的硫酸體積即可；
（6）根據(jù)銅只能與濃硫酸反應(yīng)、不與稀硫酸不反應(yīng)及硫酸的量進行計算和判斷．

解答 解：（1）Cu與濃H₂SO₄發(fā)生的主要反應(yīng)為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂+2H₂O，濃硫酸有剩余，硫酸銅為白色的固體，倒入水中溶液為藍色，所以該白色固體是硫酸銅；由于濃硫酸有剩余，而CuO能溶于稀硫酸，則黑色固體不可能為CuO，又因為黑色固體溶于濃硝酸，溶液呈藍色，說明含Cu²⁺，加入BaCl₂溶液產(chǎn)生了不溶于硝酸的沉淀BaSO₄，原黑色沉淀中含S元素，所以原黑色沉淀中含Cu、S兩元素，
故答案為：Cu、S；
（2）濃硫酸分別與氯化鈉固體反應(yīng)生成氯化氫，體現(xiàn)了濃硫酸的難揮發(fā)性；濃硫酸與固體碘化鉀反應(yīng)先生成碘化氫，碘化氫具有還原性，濃硫酸具有強的氧化性，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，該過程體現(xiàn)了濃硫酸的難揮發(fā)性和強的氧化性，故這兩個反應(yīng)中濃硫酸作用相同點是：濃硫酸具有難揮發(fā)性，不同點是后者還表現(xiàn)了濃硫酸的強的氧化性，
故答案為：相同點均為難揮發(fā)性的酸，不同點后者還有強氧化性；
（3）根據(jù)圖示可以看出：開始兩種算的吸水速率差異較大，隨著時間的推移，吸水速度越來越接近，吸水能力越來越弱，硫酸濃度越小，吸水能力越弱，當(dāng)達到一定濃度時，失去吸水能力，硫酸的吸水能力可能受溫度、濕度、氣壓以及酸的物質(zhì)的量的影響，
故答案為：98%硫酸和63.3%硫酸都具有吸水性；98%硫酸吸水能力比63.3%硫酸強；
（4）因濃硫酸與碳酸鈉反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而濃硫酸溶于水為放熱過程，使體系溫度升高，則濃硫酸使蔗糖脫水變?yōu)椤昂诿姘�”，同時濃硫酸與碳酸鈉反應(yīng)生成的二氧化碳使脫水后生成的炭更加疏松多孔，所以實驗現(xiàn)象更加明顯，
故答案為：碳酸鈉與濃硫酸反應(yīng)及濃硫酸遇水均是放熱過程，使體系溫度升高，同時濃硫酸與碳酸鈉反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳使脫水后生成的炭更加疏松多孔；
（5）1.5m³ 98.3%的濃硫酸（密度為1.84g/mL）中含有硫酸的質(zhì)量為：m（H₂SO₄）=1.5×10⁶mL×1.84g/mL×98.3%≈2.713×10⁶g，硫酸的物質(zhì)的量為：$\frac{2.713×1{0}^{6}g}{98g/mol}$≈2.769×10⁴mol，
1.5m³ 98.3%的濃硫酸（密度為1.84g/mL）中含有水的質(zhì)量為：1.5×10⁶mL×1.84g/mL×（1-98.3%）=4.692×10⁴g，水的物質(zhì)的量為：$\frac{4.692×1{0}^{4}g}{18g/mol}$≈2.607×10³mol，水與三氧化硫反應(yīng)生成硫酸的物質(zhì)的量等于水的物質(zhì)的量，
所以用水吸收后形成發(fā)煙硫酸的物質(zhì)的量為：2.769×10⁴mol+2.607×10³mol=3.0297×10⁴mol，
用水稀釋后的溶液中含有硫酸的物質(zhì)的量為：2×3.0297×10⁴mol=6.0294×10⁴mol，
設(shè)稀釋后溶液的體積為VmL，則：VmL×1.79g/mL×95%=6.0294×10⁵mol×98g/mol，
解得：V≈3.49×10⁶mL=3.49m³，
故答案為：3.49；
（6）銅只能與濃硫酸反應(yīng)，與稀硫酸不反應(yīng)，Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+H₂O，濃硫酸的物質(zhì)的量為：0.1L×18mol/L=1.8mol，如被還原的硫酸是0.9mol，則生成n（SO₂）=0.9mol，V（SO₂）=0.9mol×22.4L/mol=20.16L，但隨著銅和濃硫酸的反應(yīng)的進行，酸的濃度越來越小，不再產(chǎn)生二氧化硫，則生成二氧化硫的體積小于20.16L，AB都符合，
故答案為：AB．

點評 本題考查了硫酸的性質(zhì)及計算，題目難度中等，試題題量較大、知識點較多、計算量較大，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗、化學(xué)計算能力，注意掌握濃硫酸的性質(zhì)，明確有關(guān)化學(xué)方程式的計算方法．