Question

1．某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)探究了銅與濃硫酸的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖（1）所示．（夾持裝置與A中加熱裝置已略，裝置氣密性已檢驗(yàn)）

實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象：

實(shí)驗(yàn)序號	操作	現(xiàn)象
實(shí)驗(yàn)一	關(guān)閉彈簧夾，滴加一定量濃硫酸，加熱	A中： （I）加熱初期，Cu片表面變黑，溶液近乎無色 （II）繼續(xù)加熱，銅片表面產(chǎn)生氣泡，形成黑色濁液，三口瓶底部有灰黑色固體沉積 （III）繼續(xù)加熱，有大量白霧生成，濁液變澄清，三口瓶底部有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色），Cu片消失B中有氣泡冒出，溶液褪色
實(shí)驗(yàn)二	停止加熱，冷卻，將三口瓶中的上清液倒入盛有水的燒杯中	三口瓶中留有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色） 燒杯中溶液溫度升高，溶液只略帶藍(lán)色

（1）B溶液褪色，表明實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的氣體具有漂白性．
（2）三口瓶中的白色固體是CuSO₄，驗(yàn)證你這一猜想的實(shí)驗(yàn)方案是取少量白色固體溶于水，溶液呈藍(lán)色，說明固體中含有銅離子，向溶液中滴加氯化鋇溶液并加入稀鹽酸，出現(xiàn)白色沉淀，說明固體中含有硫酸根離子．
（3）A中產(chǎn)生該白色固體的化學(xué)方程式是2H₂SO₄（濃）+Cu$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（4）結(jié)束實(shí)驗(yàn)，拆除裝置之前，為避免裝置中的氣體污染環(huán)境，應(yīng)當(dāng)采取的操作是向A中大量鼓入氮?dú)饣蚩諝猓?br />（5）A中產(chǎn)生的大量白霧，甲同學(xué)認(rèn)為是硫酸沸騰后硫酸蒸氣與水形成的酸霧．在不改變實(shí)驗(yàn)裝置的情況下，甲同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)初步證實(shí)其想法可能是正確的．甲同學(xué)的方案是將品紅溶液換為鹽酸酸化的氯化鋇溶液，實(shí)驗(yàn)前先通入一段時(shí)間氮?dú)�，然后再加入裝置A完成實(shí)驗(yàn)，若氯化鋇溶液中出現(xiàn)白色沉淀，則甲的想法可能是正確的．
（6）有人認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過程中A中的黑色固體是CuO，乙同學(xué)認(rèn)為不正確，其理由是CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O（用化學(xué)方程式表示）．
（7）為研究A中黑色固體的成分，丙同學(xué)猜想其可能含有硫化銅或硫化亞銅．
查閱資料：硫化銅和硫化亞銅常溫下均不溶于稀硫酸；在氧氣氣流中煅燒，均轉(zhuǎn)化為氧化銅和二氧化硫．
丙同學(xué)收集到足夠的黑色固體后，完成下列實(shí)驗(yàn)：

①黑色固體的成分及物質(zhì)的量是CuS0.001mol、Cu₂S0.005mol
②若A中黑色固體與濃硫酸反應(yīng)能得到澄清的溶液，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：5Cu₂S+CuS+34H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$11CuSO₄+29SO₂↑+34H₂O．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)一、（I）加熱初期，Cu片表面變黑，溶液近乎無色，此時(shí)銅被氧化生成氧化銅，為黑色固體；
（II）繼續(xù)加熱，銅片表面產(chǎn)生氣泡，形成黑色濁液，三口瓶底部有灰黑色固體沉積，銅與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和二氧化硫，黑色固體為氧化銅、硫化銅或硫化亞銅；
（III）繼續(xù)加熱，有大量白霧生成，濁液變澄清，三口瓶底部有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色），說明生成硫酸銅，Cu片消失B中有氣泡冒出，溶液褪色，說明生成二氧化硫，且有其它氣體，可能為硫化氫；
實(shí)驗(yàn)二、三口瓶中留有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色），燒杯中溶液溫度升高，溶液只略帶藍(lán)色，說明生成硫酸銅．
（1）使品紅褪色，說明具有漂白性；
（2）三口瓶中的白色固體是CuSO₄，如檢驗(yàn)是否硫酸銅，可分別檢驗(yàn)陽離子和陰離子；
（3）在加熱條件下銅與濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水；
（4）向A中大量鼓入氮?dú)饣蚩諝饪墒苟�氧化硫被完全吸收�?br />（5）形成酸霧的原因可能是生成二氧化硫所致，也可能為硫酸沸騰后硫酸蒸氣與水形成的酸霧，硫酸與氯化鋇反應(yīng)，但二氧化硫雨氯化鋇溶液不反應(yīng)；
（6）如果黑色固體是CuO，與硫酸發(fā)生反應(yīng)而溶解，發(fā)生CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，如為硫化銅和硫化亞銅，常溫下均不溶于稀硫酸；
（7）①黑色固體加入稀硫酸后過濾，濾液加入氫氧化鈉溶液未見生成沉淀，說明沒有反應(yīng)，0.896g固體可能為CuS或Cu₂S或二者的混合物，在氧氣中灼燒恒重，質(zhì)量為0.880g，設(shè)含有xmolCuS，ymolCu₂S，列方程計(jì)算；
②若A中黑色固體與濃硫酸反應(yīng)能得到澄清的溶液，方程式為5Cu₂S+CuS+34H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$11CuSO₄+29SO₂↑+34H₂O．

解答 解：實(shí)驗(yàn)一、（I）加熱初期，Cu片表面變黑，溶液近乎無色，此時(shí)銅被氧化生成氧化銅，為黑色固體；
（II）繼續(xù)加熱，銅片表面產(chǎn)生氣泡，形成黑色濁液，三口瓶底部有灰黑色固體沉積，銅與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和二氧化硫，黑色固體為氧化銅、硫化銅或硫化亞銅；
（III）繼續(xù)加熱，有大量白霧生成，濁液變澄清，三口瓶底部有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色），說明生成硫酸銅，Cu片消失B中有氣泡冒出，溶液褪色，說明生成二氧化硫，且有其它氣體，可能為硫化氫；
實(shí)驗(yàn)二、三口瓶中留有大量白色固體（因含有極少量黑色固體而顯灰白色），燒杯中溶液溫度升高，溶液只略帶藍(lán)色，說明生成硫酸銅．
（1）B為品紅溶液，溶液褪色，說明生成氣體具有漂白性，故答案為：漂白；
（2）三口瓶中的白色固體是CuSO₄，如檢驗(yàn)是否硫酸銅，可分別檢驗(yàn)陽離子和陰離子，方法是取少量白色固體溶于水，溶液呈藍(lán)色，說明固體中含有銅離子，向溶液中滴加氯化鋇溶液并加入稀鹽酸，出現(xiàn)白色沉淀，說明固體中含有硫酸根離子，
故答案為：CuSO₄；取少量白色固體溶于水，溶液呈藍(lán)色，說明固體中含有銅離子，向溶液中滴加氯化鋇溶液并加入稀鹽酸，出現(xiàn)白色沉淀，說明固體中含有硫酸根離子；
（3）在加熱條件下銅與濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，方程式為2H₂SO₄（濃）+Cu$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：2H₂SO₄（濃）+Cu$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（4）拆除裝置前，不需打開膠塞，就可使裝置中殘留氣體完全被吸收，應(yīng)當(dāng)采取的操作是向A中大量鼓入氮?dú)饣蚩諝猓?br />故答案為：向A中大量鼓入氮?dú)饣蚩諝猓?br />（5）形成酸霧的原因可能是生成二氧化硫所致，也可能為硫酸沸騰后硫酸蒸氣與水形成的酸霧，如檢驗(yàn)是否是硫酸，可將品紅溶液換為鹽酸酸化的氯化鋇溶液，實(shí)驗(yàn)前先通入一段時(shí)間氮?dú)猓�然后再加入裝置A完成實(shí)驗(yàn)，若氯化鋇溶液中出現(xiàn)白色沉淀，則甲的想法可能是正確的，
故答案為：將品紅溶液換為鹽酸酸化的氯化鋇溶液，實(shí)驗(yàn)前先通入一段時(shí)間氮?dú)猓�然后再加入裝置A完成實(shí)驗(yàn)，若氯化鋇溶液中出現(xiàn)白色沉淀，則甲的想法可能是正確的；
（6）如果黑色固體是CuO，與硫酸發(fā)生反應(yīng)而溶解，發(fā)生CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，如為硫化銅和硫化亞銅，常溫下均不溶于稀硫酸，
故答案為：CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
（7）①黑色固體加入稀硫酸后過濾，濾液加入氫氧化鈉溶液未見生成沉淀，說明沒有反應(yīng)，0.896g固體可能為CuS或Cu₂S或二者的混合物，在氧氣中灼燒恒重，質(zhì)量為0.880g，設(shè)含有xmolCuS，ymolCu₂S，則$\left\{\begin{array}{l}{96x+160y=0.896}\\{80x+160y=0.880}\end{array}\right.$，x=0.001mol，y=0.005mol，
故答案為：CuS0.001mol、Cu₂S0.005mol；
②若A中黑色固體與濃硫酸反應(yīng)能得到澄清的溶液，方程式為5Cu₂S+CuS+34H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$11CuSO₄+29SO₂↑+34H₂O，
故答案為：5Cu₂S+CuS+34H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$11CuSO₄+29SO₂↑+34H₂O．

點(diǎn)評 本題是以研究探究銅與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)物的組成及性質(zhì)為載體考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，涉及離子方程式的書寫，氧化劑的選擇、物質(zhì)的檢驗(yàn)等，培養(yǎng)了學(xué)生靈活運(yùn)用知識的能力，題目難度中等．