Question

18．為研究銅與濃硫酸的反應，某化學興趣小組進行如下實驗．
實驗Ⅰ反應產物的定性探究
按如圖裝置（固定裝置已略去）進行實驗：

（1）F裝置的燒杯中發(fā)生反應的離子方程式是SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；B裝置中的現(xiàn)象是白色粉末變藍色．
（2）實驗過程中，能證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素的現(xiàn)象是D裝置中黑色固體顏色無變化，E裝置中溶液褪色．
（3）實驗結束時，撤去所有酒精燈之前必須完成的實驗操作是拉起銅絲，關閉K₁，K₂．
（4）實驗結束后，證明A裝置試管中所得產物中含有Cu²⁺的操作方法是將A裝置中試管內冷卻后的混合物沿杯壁（或玻璃棒）緩緩倒入盛有水的燒杯中，并不斷攪拌，若溶液變藍，證明含有Cu²⁺．
實驗Ⅱ：反應產物的定量探究
（5）該小組同學在收集到足夠的黑色固體后，進行了如圖所示的實驗：

a．檢驗濾渣是否洗滌干凈的實驗方法是取最后一次洗滌后所得液體，滴加硝酸銀溶液，若無白色沉淀產生，則說明沉淀洗滌干凈；若有白色沉淀生成，則說明未洗干凈．
b．在煅燒過程中一定發(fā)生的反應的化學方程式為2CuS+3O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂．
c．對于固體甲的成分的判斷中，正確的是（填字母選項）BCD．
A．固體甲中，CuS和Cu₂S不能同時存在　　　　
B．固體甲中，Cu0和Cu₂0至少有一種
C．固體甲中若沒有Cu₂0，則一定有Cu₂S　　　　
D．固體甲中可能有Cu₂S．
（6）為測出硫酸銅的產率，將該反應所得溶液中和后配制成250.00mL溶液，取該溶液25.00mL加入足量KI溶液振蕩以淀粉溶液為指示劑，用0.36mol/L的Na₂S₂O₃溶液滴定生成的I₂，3次實驗平均消耗該Na₂S₂O₃溶液25.00mL．若反應消耗銅的質量為6.4g，則硫酸銅的產率為90%．�。ㄒ阎�2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂，2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-）

Answer 1

分析 加熱條件下，Cu和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，水具有揮發(fā)性，溫度越高揮發(fā)性越強，所以生成的二氧化硫中含有水蒸氣，水蒸氣能使無水硫酸銅變藍色；濃硫酸具有吸水性，能干燥二氧化硫氣體；氫氣具有還原性，能將黑色的氧化銅粉末還原為紅色Cu；二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色；二氧化硫屬于酸性氧化物且有毒，不能直接排空，可以用堿性溶液吸收．
（1）二氧化硫和NaOH反應生成亞硫酸鈉和水；無水硫酸銅檢驗水蒸氣；
（2）實驗過程中，要證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素，只要證明生成的氣體中含有二氧化硫不含氫氣即可；
（3）實驗結束時，撤去所有酒精燈之前要防止倒吸；
（4）銅離子在水溶液中呈藍色，根據(jù)溶液顏色判斷是否含有銅離子；
（5）a、檢驗濾渣是否洗滌干凈的實驗方法是取最后一次洗滌后所得液體少許于試管中，滴加硝酸銀溶液觀察是否有沉淀生成；
b、根據(jù)反應：Cu+O₂=CuO；Cu₂S+2O₂=2CuO+2SO₂ ；2CuS+3O₂=2CuO+2SO₂；從質量變化的角度分析；
c、固體甲加入稀鹽酸后，得到的藍色溶液，說明固體甲的成分中CuO和Cu₂O至少有一種，分析反應：Cu+O₂=CuO 增重；Cu₂S+2O₂=2CuO+2SO₂ 不變；2CuS+3O₂=2CuO+2SO₂ 減重，因題給“固體乙稱取2.00g，氧氣流中煅燒、冷卻稱量至恒重，得固體丙1.84g”，即實際減重了，說明必有CuS，還要有其他物質．討論可能存在的情況可解答該題；
（6）根據(jù)2Cu²⁺+4I^-=2CuI+I₂、S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-得2Cu²⁺～I₂～S₂O₃^2-，根據(jù)銅離子和硫代硫酸根離子之間的關系式計算．

解答 解：加熱條件下，Cu和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，水具有揮發(fā)性，溫度越高揮發(fā)性越強，所以生成的二氧化硫中含有水蒸氣，水蒸氣能使無水硫酸銅變藍色；濃硫酸具有吸水性，能干燥二氧化硫氣體；氫氣具有還原性，能將黑色的氧化銅粉末還原為紅色Cu；二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色；二氧化硫屬于酸性氧化物且有毒，不能直接排空，可以用堿性溶液吸收．
（1）二氧化硫屬于酸性氧化物，和NaOH反應生成亞硫酸鈉和水，離子反應方程式為 SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；水具有揮發(fā)性，升高溫度促進其揮發(fā)，所以生成的氣體中含有水蒸氣，水蒸氣能使無水硫酸銅由白色變?yōu)樗{色，所以B裝置中的現(xiàn)象是：白色粉末變藍色，
故答案為：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；白色粉末變藍色；
（2）證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素，利用元素化合價變化生成的產物分析判斷，若生成氫氣，D裝置會黑色變化為紅色，若生成二氧化硫E裝置中品紅會褪色，所以證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素的實驗現(xiàn)象是，D裝置中氧化銅黑色不變化，說明無氫氣生成，E裝置中品紅試液褪色說明生成了二氧化硫氣體，
故答案為：D裝置中黑色固體顏色無變化，E裝置中溶液褪色；
（3）實驗結束時，拉起銅絲，撤去所有酒精燈之前必須完成的實驗操作是關閉K₁，K₂，防止CE中的溶液倒吸，炸裂玻璃管，
故答案為：拉起銅絲，關閉K₁，K₂；
（4）驗證生成的溶液中含有銅離子，需要把試管中的液體倒入水中溶解，觀察是否出現(xiàn)藍色溶液，將A裝置中冷卻的混合溶液沿燒杯內壁緩緩倒入盛水的燒杯中，并不斷攪拌，出現(xiàn)藍色溶液證明含有銅離子，
故答案為：將A裝置中試管內冷卻后的混合物沿杯壁（或玻璃棒）緩緩倒入盛有水的燒杯中，并不斷攪拌，若溶液變藍，證明含有Cu²⁺；
（5）a、中檢驗濾渣是否洗滌干凈的實驗方法是取最后一次洗滌后所得液體少許于試管中，滴加硝酸銀溶液，若無白色沉淀產生，則說明沉淀洗滌干凈；若有白色沉淀生成，則說明未洗干凈，
故答案為：取最后一次洗滌后所得液體，滴加硝酸銀溶液，若無白色沉淀產生，則說明沉淀洗滌干凈；若有白色沉淀生成，則說明未洗干凈；
b、根據(jù)反應判斷：Cu+O₂=CuO 增重；Cu₂S+2O₂=2CuO+2SO₂ 不變；2CuS+3O₂=2CuO+2SO₂ 減重，則一定存在2CuS+3O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂，
故答案為：2CuS+3O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂；
c、經分析固體甲加入稀鹽酸后，得到的藍色溶液，說明固體甲的成分中CuO和Cu₂O至少有一種，分析反應：Cu+O₂=CuO 增重；Cu₂S+2O₂=2CuO+2SO₂ 不變；2CuS+3O₂=2CuO+2SO₂ 減重，因題給“固體乙稱取2.00g，氧氣流中煅燒、冷卻稱量至恒重，得固體丙1.84g”，即實際減重了，說明必有CuS，還要有其他物質，討論：①若有Cu₂O，Cu₂S可有可無；②若無Cu₂O，必有Cu₂S．故③中在煅燒過程中一定發(fā)生的反應的化學方程式為2CuS+3O₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂，經上分析，對于固體甲的成分的判斷中，正確的是BCD，
故答案為：BCD；
（6）根據(jù)2Cu²⁺+4I^-=2CuI+I₂、2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-得2Cu²⁺～I₂～2S₂O₃^2-，
設制得的溶液中硫酸銅的物質的量濃度為xmol/L，
2Cu²⁺～I₂～2S₂O₃^2-，
2mol      2mol
0.025xmol （0.36×0.025）mol
2molL：2mol=0.025xmol：（0.36×0.025）mol
x=0.36mol/L，
則250mL溶液中m（Cu²⁺）=0.36mol/L×0.25L=0.09mol，參加反應的n（Cu）=$\frac{6.4g}{64g/mol}$=0.1mol，
則硫酸銅的產率=$\frac{0.09mol}{0.1mol}$×100%=90%，
故答案為：90%．

點評 本題以濃硫酸和銅的反應為載體考查性質實驗方案設計，涉及氣體制取、氣體檢驗、反應方程式的配平、方程式的計算等知識點，綜合性較強，明確反應原理及基本操作是解本題關鍵，知道二氧化硫、氫氣的檢驗方法及順序，題目難度中等．