Question

某研究性學(xué)習(xí)小組為了研究Cu與濃H₂SO₄的反應(yīng)，設(shè)計如下實驗探究方案（裝置中的固定儀器和酒精燈均未畫出）

實驗選用細銅絲、98.3%H₂SO₄、品紅溶液、澄清石灰水、CC1₄、NaOH溶液等藥品，銅絲被卷成螺旋狀，一端沒入濃H₂SO₄中，另一端露置在液面上方。

以下是該學(xué)習(xí)小組部分交流記錄及后續(xù)探究實驗的記錄。

材料一：小組交流滴錄

學(xué)生1：加熱前，無現(xiàn)象發(fā)生；加熱后，液面下銅絲變黑，產(chǎn)生氣泡，有細小黑色顆粒狀物質(zhì)從銅絲表面進入濃硫酸中，黑色物質(zhì)是什么？值得探究！

學(xué)生2：我也觀察到黑色顆粒狀物質(zhì)，后來逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛野咨�固體，我想該灰白色固體極有可能是未溶于濃硫酸的CuSO₄。

學(xué)生3：你們是否注意到液面以上的銅絲也發(fā)黑，而且試管上部內(nèi)壁有少量淡黃色S固體凝

聚，會不會液面以上的銅絲與硫發(fā)生了反應(yīng)，我查資料發(fā)現(xiàn)：2Cu+S=Cu_2­S（黑色）。

材料二：探究實驗剪輯

實驗1：將光亮的銅絲在酒精燈火焰上灼燒變黑，然后插入稀硫酸中，銅絲重新變得光亮，溶液呈藍綠色；將光亮的銅絲置入加熱的硫蒸氣中變黑，然后插入稀硫酸中無變化。

實驗2：截取濃硫酸液面上方變黑的銅絲，插入稀硫酸中無變化；將濃硫酸液面下方變黑的銅絲，插入稀硫酸、黑色明顯變淺，溶液呈藍綠色。

實驗3：將溶液中的黑色顆粒狀物質(zhì)，經(jīng)過濾、稀硫酸洗、蒸餾水洗、干燥后放入氧氣流中加熱，然后冷卻，用電子天平稱重發(fā)現(xiàn)質(zhì)量減少10%左右。

根據(jù)上述材料回答下列問題：

  （1）D、E兩支試管中CC1₄的作用是                    ；

  （2）加熱過程中，觀察到A試管中出現(xiàn)大量白色煙霧，起初部分煙霧在試管上部內(nèi)壁析出淡黃色固體物質(zhì)，在持續(xù)加熱濃硫酸（沸騰）時，淡黃色固體物質(zhì)又慢慢地消失。寫出淡黃色固體消失的化學(xué)反應(yīng)方程式：                    ；

 （3）對A試管中的濃H₂SO₄和銅絲進行加熱，很快發(fā)現(xiàn)C試管中品紅溶液褪色，但始終未見D試管中澄清石灰水出現(xiàn)渾濁或沉淀。學(xué)生1猜想是由于SO₂溶解度較大，生成了Ca（HSO₃）₂的緣故。請你設(shè)計實驗驗證學(xué)生1的猜想                 

                                                           ；

 （4）根據(jù)上述研究，結(jié)合所學(xué)知識，你認為液面下方銅絲表面的黑色物質(zhì)成分是                                              ；（寫化學(xué)式）

 （5）反應(yīng)完全后稀釋溶液呈酸性，學(xué)生2猜想反應(yīng)中濃硫酸可能過量，請你設(shè)計一個簡單的實驗以驗證稀釋后的溶液由于硫酸過量呈酸性，                            。

 

Answer 1

（1）防止倒吸（2分）。

（2）S+2H₂SO₄（濃）3SO₂↑+2H₂O（2分，）

   （3）取樣后，向其中加入氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成。（或者加熱、加鹽酸檢驗SO₂氣體等方法，開放題，正確即可）（2分）

   （4）CuO、CuS、Cu₂S（或CuO、CuS可CuO、Cu₂S）（2分）

   （5）取稀釋后的溶液適量于試管中，加入足量的鐵粉，若有無色無味的氣體產(chǎn)生，證明硫酸過量（2分）。（開放題，正確即可）

解析:（1）因為二氧化硫易溶于水，所以在實驗過程中必須防止倒吸，CCl₄的密度大，且不能溶解二氧化硫，所以不易倒吸。

（2）淡黃色固體物質(zhì)是硫，在加熱的條件下可被濃硫酸氧化，因而逐漸消失，方程式為S+2H₂SO₄（濃）3SO₂↑+2H₂O。

（3）若反應(yīng)中生成了Ca(HSO₃)₂，則可以利用可與酸反應(yīng)生成二氧化硫或者利用其不穩(wěn)定性，通過加熱來促使分解生成二氧化硫等進行驗證。

（4）在銅的化合物中顯黑色可以是氧化銅、CuS或Cu₂S等。

（5）若濃硫酸過量，則稀釋后是稀硫酸，能和活潑的金屬反應(yīng)生成氫氣，所以利用此性質(zhì)進行驗證。