Question

2．某校化學(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(wèn)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）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)物中含H元素，反應(yīng)前后元素種類(lèi)不變．寫(xiě)出銅與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式Cu+2 H₂SO₄（濃）^△CuSO₄+SO₂↑+2 H₂O．
（2）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(guò)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(guò)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(chēng)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(wèn)題：
（1）該反應(yīng)中即使銅過(guò)量也不能將硫酸完全反應(yīng)的原因是銅與稀硫酸不反應(yīng)；
（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BaCl₂溶液只能求出SO₄^2-質(zhì)量，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(kāi)始時(shí)，先打開(kāi)分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕打開(kāi)其活塞，過(guò)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(shuō)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、
鋅表面析出紅色固體、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)放熱，氣體在冷卻過(guò)程中體積逐漸減少（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b mL（假設(shè)在實(shí)驗(yàn)條件下氣體密度為c g/mL），殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{49bc}{a}$（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】：
（1）根據(jù)反應(yīng)物的性質(zhì)和組成來(lái)回答，濃硫酸溶于水要放出大量的熱，所以濃硫酸不能倒入水中，濃硫酸中含有氫元素，生成物中也要有氫元素；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；
（2）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】：
（1）根據(jù)金屬活動(dòng)性順序，銅在氫的后面，與酸不反應(yīng)解答；
（2）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，最簡(jiǎn)易的裝置其連接順序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)氫氣的質(zhì)量求出所消耗的硫酸的質(zhì)量；
⑤根據(jù)測(cè)得殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大的原因分析解答．

解答 解：【探究一】：
（1）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(lèi)不變的原則，生成物中應(yīng)該有氫元素；
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↑；
（2）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(guò)綜合考慮，利用廢銅屑和濃硫酸在加熱的條件下反應(yīng)制取CuSO₄，濃硫酸具有極強(qiáng)的腐蝕性，使用不安全，有一部分硫元素轉(zhuǎn)化成二氧化硫，污染空氣，且造成原料的浪費(fèi)，CuO與稀硫酸反應(yīng)直接生成硫酸銅和水，所以方案②比①要好的多；
【探究二】：
（1）根據(jù)金屬活動(dòng)性順序，銅在氫的后面，與酸不反應(yīng)，該反應(yīng)中即使銅過(guò)量也不能將硫酸完全反應(yīng)；
（2）沒(méi)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，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，故選AB；
③排水法收集氫氣，氫氣密度比空氣小，所以短進(jìn)；選B；
（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，殘余清液中硫酸的溶質(zhì)的質(zhì)量為x，氫氣的質(zhì)量=b mL×c g/mL=bcg，
H₂SO₄～H₂
 98          2
 x         bcg
$\frac{98}{x}=\frac{2}{bcg}$
x=49bcg
殘余清液中硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{49bcg}{ag}=\frac{49bc}{a}$；
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，可能的原因是未待冷卻就讀取量氣管讀數(shù)；
答案：
【探究一】
（1）否；   反應(yīng)物中含H元素，反應(yīng)前后元素種類(lèi)不變；  Cu+2 H₂SO₄（濃）^△CuSO₄+SO₂↑+2 H₂O    
 （2）BC；
【探究二】
（1）銅與稀硫酸不反應(yīng)；
（2）不可行；  加入足量BaCl₂溶液只能求出SO₄^2-質(zhì)量，不能求出剩余硫酸的濃度（或殘余清液中有CuSO₄、或BaCl₂與CuSO₄、H₂SO₄均反應(yīng)）
（3）①ACE； ②AB；  ③B；
（4）①A； ②鋅粒；鋅表面析出紅色固體；③反應(yīng)放熱，氣體在冷卻過(guò)程中體積逐漸減少；     ④$\frac{49bc}{a}$；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．