Question

5．某�；瘜W興趣小組的同學在探究金屬的化學性質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)銅與稀硫酸在常溫或加熱的條件下均不反應．那么，銅與濃硫酸能否發(fā)生反應呢？他們就銅與濃硫酸是否能反應及相關問題進行了實驗探究．

【探究一：銅與濃硫酸是否能反應？】
同學們設計了如圖1所示裝置進行探究．
①在常溫下能反應；
②常溫下不能反應，但在加熱條件下能反應；
③在加熱條件下不能反應；
操作①：連接儀器，檢查裝置氣密性；
操作②：將過量的銅片放入試管中，加入濃硫酸，無明顯現(xiàn)象；
操作③：加熱該試管，銅片上有氣泡，試管內(nèi)溶液由無色變?yōu)樗{色，產(chǎn)生了有刺激性氣味的氣體；…
（1）寫出儀器a的名稱：鐵架臺；
（2）甲同學認為，由以上實驗過程可知：猜想②（填序號）是正確的；
（3）可觀察到試管中的石蕊試液變紅．
乙同學認為，銅跟濃硫酸在加熱條件下反應的產(chǎn)物只是SO₂和CuSO₄；
（4）丙同學認為，在實驗裝置中，“蘸有濃NaOH溶液棉花”的作用是吸收SO₂，寫出相關反應的化學方程式2NaOH+SO₂═Na₂SO₃+H₂O．
（5）在（3）中對產(chǎn)物只是SO₂和CuSO₄的判斷是否準確否（填“是”或“否”），其理由是反應物中有氫元素，但二氧化硫和硫酸銅中都不含氫元素．寫出銅與濃硫酸在加熱條件下反應的化學方程式Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑．
（6）根據(jù)以上探究和已掌握的知識，該興趣小組的同學設計了兩種用銅制取硫酸銅的實驗方案：
方案一：Cu$→_{加熱}^{濃硫酸}$CuSO₄   方案二：Cu$→_{加熱}^{O_{2}}$CuO$\stackrel{稀硫酸}{→}$CuSO₄
經(jīng)過對兩種方案的討論、對比，同學們認為方案二具有的優(yōu)點有BC（填序號），所以工業(yè)上制備硫酸銅不是直接利用濃硫酸與銅反應．
A．提高銅的利用率       B．提高硫酸的利用率     C．不產(chǎn)生污染大氣的SO₂
【探究二：測定反應殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)】
同學們對上述實驗后試管內(nèi)殘余清液成分進行了討論，過量的銅與濃硫酸在加熱條件下反應不能將硫酸耗盡．為測定反應殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，探究小組同學提出了下列實驗方案：
：含雜質(zhì)的鋅與稀硫酸反應時比純鋅與稀硫酸反應更快，放出大量熱
：甲方案：與足量BaCl₂溶液反應，稱量生成的BaSO₄質(zhì)量．
乙方案：與足量鋅粒反應，測量生成氫氣的體積．
回答下列問題：
（1）該反應中即使銅過量也不能將硫酸完全反應的原因是物質(zhì)的化學性質(zhì)除了與物質(zhì)本身的性質(zhì)有關，還可能和溶液中溶質(zhì)的濃度有關；
（2）甲方案是否可行？不可行（填“可行”或“不可行”），理由是加入足量的BaCl₂溶液只能求出硫酸根離子的量，而不能求出剩余硫酸的濃度；
（3）小王同學選用圖2中的部分實驗裝置進行了乙方案的實驗：
①你認為圖2中最簡易的裝置及其連接順序是：ACE；
②實驗開始時，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開其活塞，過一會兒后殘余清液就不能順利滴入錐形瓶．其原因是AB（填序號）；
A．鋅與硫酸銅反應生成了銅，不純的鋅與硫酸反應速率加快；
B．反應產(chǎn)生大量氣體且放熱，使瓶中壓強增大；
③某學生想用排水法收集氫氣并檢驗其純度，應選擇圖3中的集氣裝置B （填“A”或“B”）．
（4）小張同學用如圖4所示裝置進行了乙方案的實驗
①連接儀器，檢查此裝置氣密性．下列能說明裝置氣密性良好的是A（填序號）；
A．連接儀器后，向水準管中注水，直至左右兩邊管內(nèi)形成穩(wěn)定高度差．
B．向水準管內(nèi)注水，連接好左側(cè)裝置，抬高水準管，左右兩邊液面始終相平．
②實驗中使Y形管中的殘余清液與鋅粒反應的正確操作是傾斜，將鋅粒（選填“鋅�！被颉皻堄嗲逡骸保┺D(zhuǎn)移到Y(jié)形管的另一邊．殘余清液與鋅�；旌虾蟮默F(xiàn)象是鋅粒逐漸溶解、
表面析出暗紅色固體、產(chǎn)生大量氣泡，放出熱量．
③反應完畢后，每間隔1分鐘讀取氣體體積、氣體體積逐漸減小，直至體積不變．氣體體積逐漸減小的原因是反應是放熱的，氣體未冷卻（排除儀器和實驗操作的影響因素）．
④該實驗中殘余清液質(zhì)量為a g，測得生成氣體體積為bmL（假設在實驗條件下氣體密度為cg/mL），殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為$\frac{49bc}{a}×$100%（用含a、b、c的式子表示）．
⑤若實驗中測得殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)偏大，下列可能的原因是c．
a．裝置漏氣  b．讀取數(shù)據(jù)時水準管的水面高于量氣管的水面  c．未待冷卻就讀取量氣管讀數(shù)．

Answer 1

分析 【探究一：銅與濃硫酸是否能反應？】
（1）根據(jù)實驗室常用儀器解答；
（2）根據(jù)實驗操作和現(xiàn)象解答；
（3）根據(jù)紫色石蕊試液遇酸變紅解答；
（4）根據(jù)【實驗與事實】可以證明銅和濃硫酸能反應，生成物中有二氧化硫和硫酸銅進行分析；其中的二氧化硫是有毒氣體，不能直接排放到空氣中，應該用堿液吸收；
（5）濃硫酸中含有氫元素，生成物中也要有氫元素；濃硫酸具有強氧化性，可以在加熱的條件下與銅反應生成硫酸銅、二氧化硫和水進行分析；
（6）考慮制取硫酸銅的方案的優(yōu)缺點時，要從原料的利用率，環(huán)保，安全等方面考慮；
【探究二：測定反應殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)】
（1）根據(jù)物質(zhì)的化學性質(zhì)除了與物質(zhì)本身的性質(zhì)有關，還可能和溶液中溶質(zhì)的濃度有關．
（2）根據(jù)加入足量的BaCl₂溶液只能求出硫酸根離子的量，而不能求出剩余硫酸的濃度解答；
（3）①測量氫氣的體積，最簡易的裝置其連接順序ACE；
②鋅與殘余清液中硫酸銅反應生成銅，銅鋅形成原池，使鋅與硫酸反應速率加快，反應生成大量氣體且放熱，導致錐形瓶內(nèi)壓強增大；
③排水法收集氫氣，氫氣密度比空氣小，所以短進．
（4）①用液壓法檢驗裝置氣密性，連接裝置后，向量氣管右端注水，直到左右兩邊管子形成一段液面差，一段時間后液面差不變；
②將固體加入液體中，Zn粒與銅離子反應生成銅單質(zhì)，并且生成氣體，實驗現(xiàn)象是表面析出暗紅色固體，有大量氣泡，鋅粒部分溶解；
③此反應為放熱反應，氣體受熱膨脹，未冷卻；
④根據(jù)題意可知，鋅與硫酸反應生成硫酸鋅和氫氣，利用氫氣的質(zhì)量求出硫酸溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量；
⑤根據(jù)若實驗中測得殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)偏大，可能的原因是屬于導致讀數(shù)偏大，應該從這個角度分析．

解答 解：【探究一：銅與濃硫酸是否能反應？】
（1）根據(jù)實驗室常用儀器可知：a的名稱是鐵架臺；
（2）根據(jù)實驗操作和現(xiàn)象，可以證明銅和濃硫酸在加熱的時候能反應，生成物中有二氧化硫和硫酸銅，所以猜想②正確；
（3）可觀察到試管中的石蕊試液變紅；
（4）二氧化硫有毒，能和堿溶液反應，所以可以用濃堿液吸收；反應的化學方程式為：2NaOH+SO₂═Na₂SO₃+H₂O；
（5）因為反應物中有氫，硫、氧、銅四種元素，根據(jù)反應前后元素的種類不變的原則，生成物中應該有氫元素；濃硫酸具有強氧化性，可以在加熱的條件下與銅反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，化學方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑；
（6）比較這兩個方案，從經(jīng)濟，環(huán)保，安全的角度考慮，濃硫酸使用時要注意安全，二氧化硫有毒等，通過綜合考慮，方案二比一要好的多，故選：BC；
【探究二：測定反應殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)】
（1）該反應中即使銅過量也不能將硫酸完全反應的原因是物質(zhì)的化學性質(zhì)除了與物質(zhì)本身的性質(zhì)有關，還可能和溶液中溶質(zhì)的濃度有關．
（2）甲方案不可行，沒有溶液的體積，加入足量的BaCl₂溶液只能求出硫酸根離子的量，而不能求出剩余硫酸的濃度；
（3）①測量氫氣的體積，導管應伸到量筒下部，保證壓強平衡，最簡易的裝置其連接順序ACE；
②鋅與殘余清液中硫酸銅反應生成銅，銅鋅形成原池，使鋅與硫酸反應速率加快，反應生成大量氣體且放熱，導致錐形瓶內(nèi)壓強增大；
③氫氣密度比空氣小，用排水法收集氫氣，應短進；
（4）①用液壓法檢驗裝置氣密性，連接裝置后，向量氣管右端注水，直到左右兩邊管子形成一段液面差，一段時間后液面差不變；
②將固體加入液體中，Zn粒與銅離子反應生成銅單質(zhì)，并且生成氣體，實驗現(xiàn)象是表面析出暗紅色固體，有大量氣泡，鋅粒部分溶解；
③此反應為放熱反應，氣體受熱膨脹，未冷卻，故答案為：反應是放熱的，氣體未冷卻；
（3）①測量氫氣的體積，最簡易的裝置其連接順序EDG，故答案為：EDG；
②鋅與殘余清液中硫酸銅反應生成銅，銅鋅形成原池，使鋅與硫酸反應速率加快，反應生成大量氣體且放熱，導致錐形瓶內(nèi)壓強增大
③設殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量為x，氫氣的質(zhì)量=bmL×cg/mL=bcg
Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；
     98                      2
     x                       bcg
$\frac{98}{x}=\frac{2}{bcg}$
x=$\frac{98bc}{2}g$=49bcg
殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為$\frac{49bcg}{ag}×$100%=$\frac{49bc}{a}×$100%；
⑤若實驗中測得殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)偏大，在給定的三種可能中，a是導致讀數(shù)偏小，b是讀取數(shù)據(jù)時水準管的水面高于量氣管的水面，這樣導致壓強大于應該數(shù)值，而使氣體體積偏小，讀數(shù)偏小，會所以ab都是導致測定的質(zhì)量分數(shù)偏小．C由于沒有恢復到室溫讀數(shù)，導致讀數(shù)偏大，所以測定的質(zhì)量分數(shù)也就偏大．
故答案為：
（1）鐵架臺；
（1）②；
（3）變紅；
（4）吸收SO₂；2NaOH+SO₂═Na₂SO₃+H₂O；
（5）否，反應物中有氫元素，但二氧化硫和硫酸銅中都不含氫元素；Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑；
（6）BC；
【探究二：測定反應殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)】
（1）物質(zhì)的化學性質(zhì)除了與物質(zhì)本身的性質(zhì)有關，還可能和溶液中溶質(zhì)的濃度有關；
（2）不可行；加入足量的BaCl₂溶液只能求出硫酸根離子的量，而不能求出剩余硫酸的濃度；
（3）①ACE；②AB；③B；
（4）①A；②鋅粒；表面析出暗紅色固體；③反應是放熱的，氣體未冷卻；④$\frac{49bc}{a}×$100%；⑤c

點評 本題考查了銅與濃硫酸的相關知識，探究實驗方法，裝置的特征分析，流程反應和試劑作用是解題關鍵，題目難度中等，熟悉裝置及裝置中每部分的作用是解答本題的關鍵．