Question

3．某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)為了探究銅與濃硫酸的反應(yīng)，對(duì)教材中的裝置進(jìn)行簡(jiǎn)單改進(jìn)，在大試管a中加了一根長(zhǎng)玻璃導(dǎo)管（如圖，圖中夾持儀器和加熱儀器沒有畫出）．
根據(jù)題意完成下列填空：
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，試管b中觀察到的現(xiàn)象是品紅溶液褪色．
（2）試管c是尾氣吸收裝置，則其中的試劑是NaOH溶液．
（3）反應(yīng)結(jié)束后在試管c的末端抽氣，目的是使生成的二氧化硫完全被吸收．
大試管a中長(zhǎng)玻璃導(dǎo)管的作用是使得抽氣容易進(jìn)行．
請(qǐng)寫出試管a中反應(yīng)的化學(xué)方程式Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（4）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：在銅片表面有黑色固體生成，未見其他顏色．為了研究黑色固體的成分，他們進(jìn)行了以下探究：
①甲同學(xué)猜想：黑色固體是未及時(shí)溶解于酸的純凈的CuO．其猜想可用化學(xué)方程式表示為：Cu+H₂SO₄（濃）$\stackrel{△}{→}$CuO+SO₂↑+H₂O．
②乙同學(xué)認(rèn)為黑色固體除CuO外還可能含有Cu₂S和CuS．其理由可能是a、c．
a．Cu₂S、CuS都是黑色的
b．Cu與濃H₂SO₄在加熱條件下反應(yīng)還可能放出O₂
c．濃硫酸是氧化劑，銅是還原劑，Cu化合價(jià)上升與S化合價(jià)下降有多種可能
（5）丙同學(xué)認(rèn)可乙的觀點(diǎn)，并計(jì)劃通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定黑色固體的成分．查資料后得知CuO、Cu₂S和CuS高溫灼燒后的最終殘留物均為紅色的Cu₂O．他收集了部分銅片上的黑色固體，經(jīng)洗滌、干燥（填操作名稱）后，稱量，質(zhì)量為0.483g；然后灼燒、冷卻、稱量，經(jīng)恒重操作后，得到固體質(zhì)量為0.420g．
（6）丙同學(xué)確定黑色固體除CuO外肯定還含有CuS．

Answer 1

分析 （1）銅和濃硫酸加熱反應(yīng)生成二氧化硫具有漂白作用；
（2）二氧化硫是污染性氣體，是酸性氧化物可以被氫氧化鈉溶液吸收；
（3）濃硫酸和銅在加熱條件下生成二氧化硫、硫酸銅，末端抽氣使污染性氣體二氧化硫全部被氫氧化鈉溶液吸收，a中長(zhǎng)玻璃管是為了壓強(qiáng)平衡便于抽氣進(jìn)行；
（4）①依據(jù)猜想黑色固體為氧化銅，則銅和濃硫酸反應(yīng)生成氧化銅、二氧化硫和水，依據(jù)原子守恒電子守恒配平寫出；
②黑色固體除CuO外還可能含有黑色的固體Cu₂S和CuS，依據(jù)氧化還原反應(yīng)元素化合價(jià)升降分析判斷產(chǎn)物；
（5）固體從溶液中分離出來洗滌后需要干燥稱重，稱重需要到稱到恒重后才會(huì)減少誤差；
（6）利用極值法依據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中物質(zhì)質(zhì)量計(jì)算分析判斷．

解答 解：（1）濃硫酸在加熱條件下被銅還原為二氧化硫氣體，二氧化硫具有漂白作用，能使品紅溶液褪色，故答案為：品紅溶液褪色；
（2）試管c是尾氣吸收裝置，二氧化硫是污染性氣體，是酸性氧化物，需要用氫氧化鈉溶液吸收，故答案為：NaOH溶液；
（3）濃硫酸和銅在加熱條件下生成二氧化硫、硫酸銅，方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，裝置中會(huì)有剩余的二氧化硫氣體，不能排放到大氣中，反應(yīng)結(jié)束后在試管c的末端抽氣是為了生成的二氧化硫全部被吸收，大試管a中長(zhǎng)玻璃導(dǎo)管的作用是保持壓強(qiáng)便于抽氣進(jìn)行，
故答案為：使生成的二氧化硫完全被吸收；使得抽氣容易進(jìn)行；Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（4）①甲同學(xué)猜想：黑色固體是未及溶解于酸的純凈的CuO．化學(xué)方程式表示為Cu+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+SO₂↑+H₂O，
故答案為：CuO+SO₂↑+H₂O；
②乙同學(xué)認(rèn)為黑色固體除CuO外還可能含有Cu₂S和CuS，
a．Cu₂S、CuS都是黑色的，都可能含有，故a符合；
b．Cu與濃H₂SO₄在加熱條件下，銅做還原劑，濃硫酸做氧化劑，氧元素在硫酸中，所以反應(yīng)不可能放出O₂，故b不符合；
c．濃硫酸是氧化劑，銅是還原劑，Cu化合價(jià)上升到+1價(jià)或+2價(jià)與S化合價(jià)下降從+6價(jià)變化為+4價(jià)，-2價(jià)等有多種可能．故c符合；
故答案為：a、c；
（5）固體凈化是洗滌后、干燥、稱重；操作需要稱量至恒重，減少誤差，故答案為：干燥；
（6）假設(shè)0.483g都是CuO，經(jīng)高溫灼燒后得到Cu₂O 質(zhì)量是0.4347，而現(xiàn)在只有0.420g，所以得出一定含有高溫灼燒后質(zhì)量小于0.420g的物質(zhì)，
假設(shè)0.483g都是Cu₂S，高溫灼燒后，得到Cu₂O質(zhì)量0.4347g＞0.420g，
假設(shè)0.483g都是CuS，高溫灼燒后，得到Cu₂O質(zhì)量0.36225g＜0.420g，
所以黑色固體除氧化銅外還一定含有CuS，
故答案為：CuS．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了濃硫酸性質(zhì)的應(yīng)用，為高考常見題型，題目難度中等，涉及銅與濃硫酸的反應(yīng)及產(chǎn)物性質(zhì)的探究、二氧化硫的性質(zhì)及分析應(yīng)用，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析、理解能力．