Question

8．如圖為某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)設(shè)計(jì)的銅與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)步驟如下：
Ⅰ、先連接好裝置，檢驗(yàn)氣密性，加入試劑；
Ⅱ、加熱三頸瓶A直到D中品紅溶液褪色，熄滅酒精燈；
Ⅲ、將Cu絲上提離開液面．
（1）實(shí)驗(yàn)中觀察到三頸瓶A中有白色固體產(chǎn)生，該固體為CuSO₄（填化學(xué)式）．
（2）熄滅酒精燈后，發(fā)現(xiàn)D中的液體不會(huì)倒吸，其原因是A中壓強(qiáng)減小時(shí)，空氣從C導(dǎo)管進(jìn)入A中，可防止D中液體倒吸；
（3）支管B的作用是平衡壓強(qiáng)，使液體順利流下；
（4）實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)銅絲表面有黑色固體X，其中可能含有CuO，CuS，Cu₂S，以及被掩蔽的Cu₂O，已知Cu₂O在酸性環(huán)境下會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)生成Cu²⁺和Cu，在氧氣中煅燒轉(zhuǎn)化為CuO； CuS和Cu₂S常溫下都不溶于稀鹽酸，在氧氣中煅燒，都轉(zhuǎn)化為氧化銅和二氧化硫．為探究X的成分，該小組同學(xué)向m₁g固體X中加入足量稀鹽酸，過濾，得藍(lán)色濾液，濾渣經(jīng)洗滌、干燥后稱量得m₂g，將該濾渣在氧氣流中鍛燒、冷卻稱量至恒重為m₃g．
①若m₂＞m₃，則煅燒過程中一定發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CuS+3O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂；
②若m₂=m₃，則固體X中一定含有Cu₂O，Cu₂S （填化學(xué)式）．
（5）為探究D中使品紅溶液褪色的微粒是二氧化硫本身還是二氧化硫與水作用的產(chǎn)物，該小組同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)：
I．將干燥的二氧化硫氣體通入品紅與無水乙醇的混合液中，品紅溶液不褪色；
Ⅱ．常溫下，向兩支盛有等體積、等濃度品紅溶液的試管中分別加入等物質(zhì)的量的亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉固體，品紅溶液均褪色，且加入亞硫酸鈉固體的品紅溶液褪色較快．
①據(jù)實(shí)驗(yàn)I推斷，使品紅試液褪色的微�？赡苡�3種；
②依據(jù)實(shí)驗(yàn)Ⅱ，該小組同學(xué)得出結(jié)論：
a．使品紅溶液褪色的微粒是HSO₃^-和SO₃^2-，不是H₂SO₃．你認(rèn)為結(jié)論a是否正確否 （填“是”或“否”），理由是HSO₃^-和SO₃^2-都會(huì)水解生成亞硫酸；
b．使品紅溶液褪色的微粒是SO₃^2- （填微粒符號(hào)）．（已知在25℃時(shí)，亞硫酸的電離平衡常數(shù)k_a1=1.54×10^-2，k_a2=1.02×10^-7）

Answer 1

分析 （1）加熱三頸瓶A直到D中品紅溶液褪色，熄滅酒精燈，將Cu絲上提離開液面，銅和濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水；
（2）裝置A中長(zhǎng)玻璃管是起到平衡壓強(qiáng)防止倒吸作用；
（3）分液漏斗中B玻璃管能使漏斗內(nèi)和三頸瓶中壓強(qiáng)相通，保證壓強(qiáng)平衡促使液體順利流下；
（4）實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)銅絲表面有黑色固體X，其中可能含有CuO，CuS，Cu₂S，以及被掩蔽的Cu₂O，已知Cu₂O在酸性環(huán)境下會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)生成Cu²⁺和Cu，在氧氣中煅燒轉(zhuǎn)化為CuO； CuS和Cu₂S常溫下都不溶于稀鹽酸，在氧氣中煅燒，都轉(zhuǎn)化為氧化銅和二氧化硫．為探究X的成分，該小組同學(xué)向m₁g固體X中加入足量稀鹽酸，過濾，得藍(lán)色濾液，濾渣經(jīng)洗滌、干燥后稱量得m₂g為Cu、CuS、Cu₂S，將該濾渣在氧氣流中鍛燒、冷卻稱量至恒重為m₃g．
①Cu₂O在氧氣中煅燒轉(zhuǎn)化為CuO，Cu₂O～2CuO，固體質(zhì)量增加，CuS在氧氣中煅燒，都轉(zhuǎn)化為氧化銅和二氧化硫，CuS～CuO固體質(zhì)量減小，Cu₂S灼燒生成氧化銅和二氧化硫，固體質(zhì)量不變，據(jù)此分析；
②若m₂=m₃，Cu₂S灼燒生成氧化銅和二氧化硫，固體質(zhì)量不變，CuS在氧氣中煅燒，都轉(zhuǎn)化為氧化銅和二氧化硫，CuS～CuO固體質(zhì)量減小，Cu～CuO固體質(zhì)量增加，所以當(dāng)固體質(zhì)量灼燒后質(zhì)量不變，則固體X中一定含有Cu₂O、Cu₂S；
（5）亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉都是強(qiáng)堿弱酸鹽，都能發(fā)生水解，但亞硫酸鈉的水解程度大于亞硫酸氫鈉的水解程度，注意亞硫酸是二元弱酸，所以亞硫酸根離子能發(fā)生兩步水解，只是第一步水解程度大于第二步水解程度，
①根據(jù)二氧化硫和水反應(yīng)的方程式判斷溶液中存在的微粒，注意二氧化硫和水的反應(yīng)是可逆反應(yīng)；
②常溫下，向兩支盛有等體積、等濃度品紅溶液的試管中分別加入等物質(zhì)的量的亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉固體，品紅溶液均褪色，且加入亞硫酸鈉固體的品紅溶液褪色較快，
a．依據(jù)實(shí)驗(yàn)Ⅱ，亞硫酸根離子使品紅溶液褪色快，HSO₃^-和SO₃^2-都會(huì)水解生成亞硫酸，；
b．上述現(xiàn)象說明是亞硫酸根離子使品紅溶液褪色快，亞硫酸氫根離子、亞硫酸都可以電離出亞硫酸根離子．

解答 解：（1）加熱三頸瓶A直到D中品紅溶液褪色，熄滅酒精燈，將Cu絲上提離開液面，銅和濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，實(shí)驗(yàn)中觀察到三頸瓶A中有白色固體產(chǎn)生，該固體為CuSO₄，
故答案為：CuSO₄；
（2）熄滅酒精燈后，發(fā)現(xiàn)D中的液體不會(huì)倒吸，其原因是因?yàn)锳中壓強(qiáng)減小時(shí)，空氣從C導(dǎo)管進(jìn)入A中，可防止D中液體倒吸，
故答案為：A中壓強(qiáng)減小時(shí)，空氣從C導(dǎo)管進(jìn)入A中，可防止D中液體倒吸；
（3）分液漏斗中B玻璃管能使漏斗內(nèi)和三頸瓶中壓強(qiáng)相通，保證壓強(qiáng)平衡促使液體順利流下，
故答案為：平衡壓強(qiáng)，使液體順利流下；
（4）①Cu₂O在氧氣中煅燒轉(zhuǎn)化為CuO，Cu2O～2CuO，固體質(zhì)量增加，CuS在氧氣中煅燒，都轉(zhuǎn)化為氧化銅和二氧化硫，CuS～CuO，固體質(zhì)量減小，Cu₂S灼燒生成氧化銅和二氧化硫，Cu₂S～2CuO，固體質(zhì)量不變，若m₂＞m₃，灼燒后質(zhì)量減小，則煅燒過程中一定發(fā)生CuS灼燒的反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CuS+3O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂，
故答案為：2CuS+3O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂；
②若m₂=m₃，Cu₂S灼燒生成氧化銅和二氧化硫，固體質(zhì)量不變，CuS在氧氣中煅燒，都轉(zhuǎn)化為氧化銅和二氧化硫，CuS～CuO固體質(zhì)量減小，Cu～CuO固體質(zhì)量增加，所以當(dāng)固體質(zhì)量灼燒后質(zhì)量不變，則固體X中一定含有Cu₂O、Cu₂S，
故答案為：Cu₂O、Cu₂S；
（5）①二氧化硫和水反應(yīng)生成亞硫酸，SO₂+H₂O?H₂SO₃，亞硫酸是二元弱酸，所以能發(fā)生兩步電離，第一步生成氫離子和亞硫酸氫根離子，亞硫酸氫根離子電離生成亞硫酸根離子和氫離子，H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-，HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，以上反應(yīng)都是可逆反應(yīng)，所以存在的含有硫元素的微粒有（除二氧化硫外）H₂SO₃、HSO₃^-、SO₃ ^2-，
故答案為：3；
②常溫下，向兩支盛有等體積、等濃度品紅溶液的試管中分別加入等物質(zhì)的量的亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉固體，品紅溶液均褪色，且加入亞硫酸鈉固體的品紅溶液褪色較快，
a．亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉都是強(qiáng)堿弱酸鹽，都能發(fā)生水解，水解反應(yīng)方程式為：亞硫酸鈉的水解，SO₃^2-+H₂O=HSO₃^-+OH^-、HSO₃^-+H₂O=H₂SO₃+OH^-；亞硫酸氫鈉的水解，HSO₃^-+H₂O=H₂SO₃+OH^-；通過水解方程式看出，無論亞硫酸鈉還是亞硫酸氫鈉都能水解生成亞硫酸，故該說法錯(cuò)誤．
故答案為：否，因亞硫酸根離子和亞硫酸氫根離子都會(huì)水解生成亞硫酸；
b．上述現(xiàn)象說明是亞硫酸根離子使品紅溶液褪色快，亞硫酸氫根離子、亞硫酸都可以電離出亞硫酸根離子，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和分析，得出的結(jié)論是使品紅褪色的微粒是亞硫酸根離子，
故答案為：SO₃^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了二氧化硫漂白性的探究實(shí)驗(yàn)，固體物質(zhì)質(zhì)量變化的分析方法，題干信息的理解應(yīng)用是解題關(guān)鍵，難度較大，注意無論是強(qiáng)酸弱堿鹽還是強(qiáng)堿弱酸鹽在水溶液中都是電離為主，水解為次，鹽類的水解較微弱．