Question

5．某�；瘜W(xué)興趣小組的同學(xué)在探究金屬的化學(xué)性質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)銅與稀硫酸在常溫或加熱的條件下均不反應(yīng)．那么，銅與濃硫酸能否發(fā)生反應(yīng)呢？他們就銅與濃硫酸是否能反應(yīng)及相關(guān)問題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究．

【探究一：銅與濃硫酸是否能反應(yīng)？】
同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖1所示裝置進(jìn)行探究．
①在常溫下能反應(yīng)；
②常溫下不能反應(yīng)，但在加熱條件下能反應(yīng)；
③在加熱條件下不能反應(yīng)；
操作①：連接儀器，檢查裝置氣密性；
操作②：將過量的銅片放入試管中，加入濃硫酸，無明顯現(xiàn)象；
操作③：加熱該試管，銅片上有氣泡，試管內(nèi)溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色，產(chǎn)生了有刺激性氣味的氣體；…
（1）寫出儀器a的名稱：鐵架臺(tái)；
（2）甲同學(xué)認(rèn)為，由以上實(shí)驗(yàn)過程可知：猜想②（填序號(hào)）是正確的；
（3）可觀察到試管中的石蕊試液變紅．
乙同學(xué)認(rèn)為，銅跟濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)的產(chǎn)物只是SO₂和CuSO₄；
（4）丙同學(xué)認(rèn)為，在實(shí)驗(yàn)裝置中，“蘸有濃NaOH溶液棉花”的作用是吸收SO₂，寫出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式2NaOH+SO₂═Na₂SO₃+H₂O．
（5）在（3）中對(duì)產(chǎn)物只是SO₂和CuSO₄的判斷是否準(zhǔn)確否（填“是”或“否”），其理由是反應(yīng)物中有氫元素，但二氧化硫和硫酸銅中都不含氫元素．寫出銅與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑．
（6）根據(jù)以上探究和已掌握的知識(shí)，該興趣小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了兩種用銅制取硫酸銅的實(shí)驗(yàn)方案：
方案一：Cu$→_{加熱}^{濃硫酸}$CuSO₄   方案二：Cu$→_{加熱}^{O_{2}}$CuO$\stackrel{稀硫酸}{→}$CuSO₄
經(jīng)過對(duì)兩種方案的討論、對(duì)比，同學(xué)們認(rèn)為方案二具有的優(yōu)點(diǎn)有BC（填序號(hào)），所以工業(yè)上制備硫酸銅不是直接利用濃硫酸與銅反應(yīng)．
A．提高銅的利用率       B．提高硫酸的利用率     C．不產(chǎn)生污染大氣的SO₂
【探究二：測(cè)定反應(yīng)殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)】
同學(xué)們對(duì)上述實(shí)驗(yàn)后試管內(nèi)殘余清液成分進(jìn)行了討論，過量的銅與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)不能將硫酸耗盡．為測(cè)定反應(yīng)殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，探究小組同學(xué)提出了下列實(shí)驗(yàn)方案：
：含雜質(zhì)的鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)比純鋅與稀硫酸反應(yīng)更快，放出大量熱
：甲方案：與足量BaCl₂溶液反應(yīng)，稱量生成的BaSO₄質(zhì)量．
乙方案：與足量鋅粒反應(yīng)，測(cè)量生成氫氣的體積．
回答下列問題：
（1）該反應(yīng)中即使銅過量也不能將硫酸完全反應(yīng)的原因是物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)除了與物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，還可能和溶液中溶質(zhì)的濃度有關(guān)；
（2）甲方案是否可行？不可行（填“可行”或“不可行”），理由是加入足量的BaCl₂溶液只能求出硫酸根離子的量，而不能求出剩余硫酸的濃度；
（3）小王同學(xué)選用圖2中的部分實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了乙方案的實(shí)驗(yàn)：
①你認(rèn)為圖2中最簡(jiǎn)易的裝置及其連接順序是：ACE；
②實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開其活塞，過一會(huì)兒后殘余清液就不能順利滴入錐形瓶．其原因是AB（填序號(hào)）；
A．鋅與硫酸銅反應(yīng)生成了銅，不純的鋅與硫酸反應(yīng)速率加快；
B．反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體且放熱，使瓶中壓強(qiáng)增大；
③某學(xué)生想用排水法收集氫氣并檢驗(yàn)其純度，應(yīng)選擇圖3中的集氣裝置B （填“A”或“B”）．
（4）小張同學(xué)用如圖4所示裝置進(jìn)行了乙方案的實(shí)驗(yàn)
①連接儀器，檢查此裝置氣密性．下列能說明裝置氣密性良好的是A（填序號(hào)）；
A．連接儀器后，向水準(zhǔn)管中注水，直至左右兩邊管內(nèi)形成穩(wěn)定高度差．
B．向水準(zhǔn)管內(nèi)注水，連接好左側(cè)裝置，抬高水準(zhǔn)管，左右兩邊液面始終相平．
②實(shí)驗(yàn)中使Y形管中的殘余清液與鋅粒反應(yīng)的正確操作是傾斜，將鋅粒（選填“鋅�！被颉皻堄嗲逡骸保┺D(zhuǎn)移到Y(jié)形管的另一邊．殘余清液與鋅�；旌虾蟮默F(xiàn)象是鋅粒逐漸溶解、
表面析出暗紅色固體、產(chǎn)生大量氣泡，放出熱量．
③反應(yīng)完畢后，每間隔1分鐘讀取氣體體積、氣體體積逐漸減小，直至體積不變．氣體體積逐漸減小的原因是反應(yīng)是放熱的，氣體未冷卻（排除儀器和實(shí)驗(yàn)操作的影響因素）．
④該實(shí)驗(yàn)中殘余清液質(zhì)量為a g，測(cè)得生成氣體體積為bmL（假設(shè)在實(shí)驗(yàn)條件下氣體密度為cg/mL），殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{49bc}{a}×$100%（用含a、b、c的式子表示）．
⑤若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大，下列可能的原因是c．
a．裝置漏氣  b．讀取數(shù)據(jù)時(shí)水準(zhǔn)管的水面高于量氣管的水面  c．未待冷卻就讀取量氣管讀數(shù)．

Answer 1

分析 【探究一：銅與濃硫酸是否能反應(yīng)？】
（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室常用儀器解答；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象解答；
（3）根據(jù)紫色石蕊試液遇酸變紅解答；
（4）根據(jù)【實(shí)驗(yàn)與事實(shí)】可以證明銅和濃硫酸能反應(yīng)，生成物中有二氧化硫和硫酸銅進(jìn)行分析；其中的二氧化硫是有毒氣體，不能直接排放到空氣中，應(yīng)該用堿液吸收；
（5）濃硫酸中含有氫元素，生成物中也要有氫元素；濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，可以在加熱的條件下與銅反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水進(jìn)行分析；
（6）考慮制取硫酸銅的方案的優(yōu)缺點(diǎn)時(shí)，要從原料的利用率，環(huán)保，安全等方面考慮；
【探究二：測(cè)定反應(yīng)殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)】
（1）根據(jù)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)除了與物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，還可能和溶液中溶質(zhì)的濃度有關(guān)．
（2）根據(jù)加入足量的BaCl₂溶液只能求出硫酸根離子的量，而不能求出剩余硫酸的濃度解答；
（3）①測(cè)量氫氣的體積，最簡(jiǎn)易的裝置其連接順序ACE；
②鋅與殘余清液中硫酸銅反應(yīng)生成銅，銅鋅形成原池，使鋅與硫酸反應(yīng)速率加快，反應(yīng)生成大量氣體且放熱，導(dǎo)致錐形瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增大；
③排水法收集氫氣，氫氣密度比空氣小，所以短進(jìn)．
（4）①用液壓法檢驗(yàn)裝置氣密性，連接裝置后，向量氣管右端注水，直到左右兩邊管子形成一段液面差，一段時(shí)間后液面差不變；
②將固體加入液體中，Zn粒與銅離子反應(yīng)生成銅單質(zhì)，并且生成氣體，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是表面析出暗紅色固體，有大量氣泡，鋅粒部分溶解；
③此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，氣體受熱膨脹，未冷卻；
④根據(jù)題意可知，鋅與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和氫氣，利用氫氣的質(zhì)量求出硫酸溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量；
⑤根據(jù)若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大，可能的原因是屬于導(dǎo)致讀數(shù)偏大，應(yīng)該從這個(gè)角度分析．

解答 解：【探究一：銅與濃硫酸是否能反應(yīng)？】
（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室常用儀器可知：a的名稱是鐵架臺(tái)；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象，可以證明銅和濃硫酸在加熱的時(shí)候能反應(yīng)，生成物中有二氧化硫和硫酸銅，所以猜想②正確；
（3）可觀察到試管中的石蕊試液變紅；
（4）二氧化硫有毒，能和堿溶液反應(yīng)，所以可以用濃堿液吸收；反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaOH+SO₂═Na₂SO₃+H₂O；
（5）因?yàn)榉磻?yīng)物中有氫，硫、氧、銅四種元素，根據(jù)反應(yīng)前后元素的種類不變的原則，生成物中應(yīng)該有氫元素；濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，可以在加熱的條件下與銅反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，化學(xué)方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑；
（6）比較這兩個(gè)方案，從經(jīng)濟(jì)，環(huán)保，安全的角度考慮，濃硫酸使用時(shí)要注意安全，二氧化硫有毒等，通過綜合考慮，方案二比一要好的多，故選：BC；
【探究二：測(cè)定反應(yīng)殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)】
（1）該反應(yīng)中即使銅過量也不能將硫酸完全反應(yīng)的原因是物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)除了與物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，還可能和溶液中溶質(zhì)的濃度有關(guān)．
（2）甲方案不可行，沒有溶液的體積，加入足量的BaCl₂溶液只能求出硫酸根離子的量，而不能求出剩余硫酸的濃度；
（3）①測(cè)量氫氣的體積，導(dǎo)管應(yīng)伸到量筒下部，保證壓強(qiáng)平衡，最簡(jiǎn)易的裝置其連接順序ACE；
②鋅與殘余清液中硫酸銅反應(yīng)生成銅，銅鋅形成原池，使鋅與硫酸反應(yīng)速率加快，反應(yīng)生成大量氣體且放熱，導(dǎo)致錐形瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增大；
③氫氣密度比空氣小，用排水法收集氫氣，應(yīng)短進(jìn)；
（4）①用液壓法檢驗(yàn)裝置氣密性，連接裝置后，向量氣管右端注水，直到左右兩邊管子形成一段液面差，一段時(shí)間后液面差不變；
②將固體加入液體中，Zn粒與銅離子反應(yīng)生成銅單質(zhì)，并且生成氣體，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是表面析出暗紅色固體，有大量氣泡，鋅粒部分溶解；
③此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，氣體受熱膨脹，未冷卻，故答案為：反應(yīng)是放熱的，氣體未冷卻；
（3）①測(cè)量氫氣的體積，最簡(jiǎn)易的裝置其連接順序EDG，故答案為：EDG；
②鋅與殘余清液中硫酸銅反應(yīng)生成銅，銅鋅形成原池，使鋅與硫酸反應(yīng)速率加快，反應(yīng)生成大量氣體且放熱，導(dǎo)致錐形瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增大
③設(shè)殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量為x，氫氣的質(zhì)量=bmL×cg/mL=bcg
Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑；
     98                      2
     x                       bcg
$\frac{98}{x}=\frac{2}{bcg}$
x=$\frac{98bc}{2}g$=49bcg
殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{49bcg}{ag}×$100%=$\frac{49bc}{a}×$100%；
⑤若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大，在給定的三種可能中，a是導(dǎo)致讀數(shù)偏小，b是讀取數(shù)據(jù)時(shí)水準(zhǔn)管的水面高于量氣管的水面，這樣導(dǎo)致壓強(qiáng)大于應(yīng)該數(shù)值，而使氣體體積偏小，讀數(shù)偏小，會(huì)所以ab都是導(dǎo)致測(cè)定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏�。瓹由于沒有恢復(fù)到室溫讀數(shù)，導(dǎo)致讀數(shù)偏大，所以測(cè)定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也就偏大．
故答案為：
（1）鐵架臺(tái)；
（1）②；
（3）變紅；
（4）吸收SO₂；2NaOH+SO₂═Na₂SO₃+H₂O；
（5）否，反應(yīng)物中有氫元素，但二氧化硫和硫酸銅中都不含氫元素；Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑；
（6）BC；
【探究二：測(cè)定反應(yīng)殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)】
（1）物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)除了與物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，還可能和溶液中溶質(zhì)的濃度有關(guān)；
（2）不可行；加入足量的BaCl₂溶液只能求出硫酸根離子的量，而不能求出剩余硫酸的濃度；
（3）①ACE；②AB；③B；
（4）①A；②鋅粒；表面析出暗紅色固體；③反應(yīng)是放熱的，氣體未冷卻；④$\frac{49bc}{a}×$100%；⑤c

點(diǎn)評(píng) 本題考查了銅與濃硫酸的相關(guān)知識(shí)，探究實(shí)驗(yàn)方法，裝置的特征分析，流程反應(yīng)和試劑作用是解題關(guān)鍵，題目難度中等，熟悉裝置及裝置中每部分的作用是解答本題的關(guān)鍵．