Question

1．為探究銅與濃硫酸的反應(yīng)，甲、乙兩同學(xué)分別設(shè)計(jì)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(wú)氣體生成為止（假定反應(yīng)前后試管中溶液的體積不變）．

（1）比較兩實(shí)驗(yàn)裝置，圖2裝置的優(yōu)點(diǎn)是：①通過(guò)銅絲的上下抽動(dòng)可以控制反應(yīng)的發(fā)生和停止；②停止加熱時(shí)，能防止倒吸或平衡壓強(qiáng)．
（2）①甲根據(jù)所學(xué)的化學(xué)知識(shí)認(rèn)為還有一定量的硫酸剩余．甲認(rèn)為硫酸剩余的理論依據(jù)是反應(yīng)中濃硫酸被消耗，同時(shí)生成水，濃硫酸逐漸變稀，而Cu不能與稀硫酸反應(yīng)．
②下列藥品中能夠用來(lái)證明反應(yīng)結(jié)束后的燒瓶中確有硫酸剩余的是AD．（選填編號(hào)）
a．過(guò)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(kāi)膠塞，為使裝置中的殘留氣體完全被吸收，應(yīng)當(dāng)采取的操作是從導(dǎo)管口向A中大量鼓氣．
（4）為定量測(cè)定當(dāng)剩余硫酸濃度不大于何值時(shí)，銅與硫酸就不能反應(yīng)，甲、乙兩位同學(xué)進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：
①甲方案：將產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄟ^(guò)預(yù)先稱(chēng)量過(guò)的盛有的堿石灰干燥管，反應(yīng)結(jié)束后再次稱(chēng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液進(jìn)行滴定（已知?dú)溲趸�銅開(kāi)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(rèn)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(dǎo)致SO₂的質(zhì)量偏大，計(jì)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(guò)銅絲的上下抽動(dòng)可以控制反應(yīng)的發(fā)生和停止；停止加熱時(shí)，能防止倒吸；
（2）①隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃硫酸會(huì)變成稀硫酸，而稀硫酸不與銅反應(yīng)；
②硫酸、硫酸銅均勻鋇鹽反應(yīng)得到硫酸鋇沉淀，Ag不能與硫酸反應(yīng)，剩余的硫酸能與Fe、碳酸氫鈉反應(yīng)生成氣體，據(jù)此檢驗(yàn)是否有硫酸剩余；
（3）從導(dǎo)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(guò)干燥管質(zhì)量增重，測(cè)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(jì)算二氧化硫的物質(zhì)的量，再根據(jù)方程式計(jì)算參加反應(yīng)硫酸物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算剩余硫酸濃度；
②乙方案：由于氫氧化銅開(kāi)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(shí)驗(yàn)誤差，在酸堿中和滴定時(shí)選擇的指示劑為甲基橙，此時(shí)只發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，根據(jù)n=cV計(jì)算n（NaOH），進(jìn)而計(jì)算剩余硫酸物質(zhì)的量濃度，進(jìn)而計(jì)算1000mL溶液中剩余硫酸物質(zhì)的量，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算；
③甲、乙兩方案比較，反應(yīng)發(fā)生時(shí)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(dǎo)致SO₂的質(zhì)量偏大．

解答 解：（1）比較兩實(shí)驗(yàn)裝置，圖2裝置的優(yōu)點(diǎn)是：①通過(guò)銅絲的上下抽動(dòng)可以使反應(yīng)隨時(shí)發(fā)生，也可以是反應(yīng)隨時(shí)停止，這樣就可以控制化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行；②由于在圖2裝置中有一根玻璃導(dǎo)管，當(dāng)停止加熱時(shí)，它能平衡壓強(qiáng)，這樣就可以防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生，
故答案為：通過(guò)銅絲的上下抽動(dòng)可以控制反應(yīng)的發(fā)生和停止；停止加熱時(shí)，能防止倒吸或平衡壓強(qiáng)；（2）①反應(yīng)中濃硫酸被消耗，同時(shí)生成水，濃硫酸逐漸變稀，而Cu不能與稀硫酸反應(yīng)，故有一定量的硫酸剩余，
故答案為：反應(yīng)中濃硫酸被消耗，同時(shí)生成水，濃硫酸逐漸變稀，而Cu不能與稀硫酸反應(yīng)；
②A．若有硫酸剩余，則加入Fe粉時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，冒氣泡，故A正確；
B．無(wú)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(shí)發(fā)生反應(yīng)：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，產(chǎn)生白色沉淀，故B錯(cuò)誤；
C．在金屬活動(dòng)性順序表中Ag在H的后面，不能把酸中的H置換出來(lái)，故C錯(cuò)誤；
D．酸性H₂SO₄＞H₂CO₃，所以加入碳酸氫鈉溶液時(shí)發(fā)生反應(yīng)：H₂SO₄+2NaHCO₃=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑，冒氣泡說(shuō)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(kāi)膠塞，為使裝置中的殘留氣體完全被吸收，應(yīng)當(dāng)采取的操作是從導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)，在甲方案：將產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄟ^(guò)預(yù)先稱(chēng)量過(guò)的盛有堿石灰的干燥管，反應(yīng)結(jié)束后再次稱(chēng)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(yīng)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(kāi)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(shí)驗(yàn)誤差，在酸堿中和滴定時(shí)選擇的指示劑為甲基橙，此時(shí)只發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，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?yàn)樵摲磻?yīng)發(fā)生時(shí)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(dǎo)致SO₂的質(zhì)量偏大，則計(jì)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(dǎo)致SO₂的質(zhì)量偏大，計(jì)算出的余酸濃度偏�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查銅與濃硫酸的反應(yīng)方案的評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)操作、誤差分析、酸堿中和滴定的指示劑的選擇、計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，有利于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�、分析解決問(wèn)題的能力．