Question

8．某研究性學習小組通過下列實驗探究SO₂能否與BaCl₂溶液反應生成BaSO₃沉淀，并制備硫酸銅晶體．完成下列填空．

（Ⅰ）甲同學用裝置I進行實驗，加熱反應物至沸騰，發(fā)現(xiàn)BaCl₂溶液中出現(xiàn)白色沉淀，且白色沉淀不溶于鹽酸．
白色沉淀是BaSO₄．
甲同學就白色沉淀的生成原因提出了兩種假設，這兩種假設可能是：①濃硫酸沸騰蒸出進入氯化鋇溶液生成沉淀；②SO₂被氧氣氧化成硫酸生成沉淀；
（Ⅱ）乙同學設計了改進裝置Ⅱ進行實驗，檢驗甲同學提出的假設（夾持裝置和A中加熱裝置已略，氣密性已檢驗）．
①打開彈簧夾，通入N₂一段時間后關閉彈簧夾；
②滴加一定量濃硫酸，加熱A，一段時間后C中未見沉淀生成
回答下列問題
（1）操作①的目的是排除裝置內的空氣（O₂），洗氣瓶B中的試劑是飽和NaHSO₃溶液．
（2）該實驗能否檢驗甲同學上述兩種假設中的任意一種不能，理由是因為同時改變了兩個變量，無法確定到底是哪個變量的作用．
（Ⅲ）丙同學向反應后的藍色溶液中加入足量的CuO，過濾后將濾液制成硫酸銅晶體（CuSO₄•xH₂O），采用加熱法測定該晶體中結晶水x的值，實驗數(shù)據(jù)記錄如表：

坩堝質量	坩堝與晶體總質量	加熱后坩堝與固體總質量
		第一次稱量	第二次稱量
11.710g	22.700g	18.621g	a

（1）若無需再進行第三次稱量，則a的數(shù)值范圍應為18.621±0.001．
（2）若加熱后坩堝與固體總質量為18.620g，計算x的實測值5.25（保留二位小數(shù)）

Answer 1

分析 （Ⅰ）根據(jù)亞硫酸鋇和硫酸鋇在鹽酸中的溶解性分析；加熱時有少量硫酸揮發(fā)進入氯化鋇溶液；二氧化硫具有還原性，在溶液中能被氧氣生成硫酸；
（Ⅱ）（1）氮氣性質穩(wěn)定，通氮氣能排凈裝置中的空氣中的氧氣；為除去反應中帶出的霧狀硫酸，可以將氣體通過飽和NaHSO₃溶液；
（2）由于同時改變了兩個變量，無法確定到底是哪個變量的作用；
（Ⅲ）（1）由于兩次實驗誤差不超過0.001，所以若無需再進行第三次稱量；
（2）坩堝和固體總質量的變化值即是水的質量，硫酸銅固體的質量=第二次稱量的質量-坩堝的質量，結合分解方程式計算．

解答 解：（Ⅰ）亞硫酸鋇能溶于鹽酸，硫酸鋇不溶于鹽酸，已知白色沉淀不溶于鹽酸，因此白色沉淀是硫酸鋇，
加熱時有少量硫酸揮發(fā)進入氯化鋇溶液，則硫酸會與氯化鋇反應生成硫酸鋇沉淀；由于BaSO₃能夠溶于鹽酸，根據(jù)元素守恒可知該沉淀只能是BaSO₄，所以有可能一是揮發(fā)出的H₂SO₄提供的SO₄^2-與Ba²⁺反應生成的，也有可能是溶液中溶解的氧氣與SO₂作用產(chǎn)生了硫酸，進而得到BaSO₄；
故答案為：BaSO₄；濃硫酸沸騰蒸出進入氯化鋇溶液生成沉淀；SO₂被氧氣氧化成硫酸生成沉淀；
（Ⅱ）（1）氮氣性質穩(wěn)定，通入N₂一段時間可以排凈裝置中的空氣中的氧氣，以驗證上述原理是否正確；為除去反應中揮發(fā)出來的霧狀硫酸，可以將氣體通過飽和NaHSO₃溶液；
故答案為：排除裝置內的空氣（O₂）；飽和NaHSO₃溶液；
（2）該實驗同時排除了空氣中氧氣的影響和揮發(fā)出來的硫酸的影響，同時改變了兩個變量，無法確定到底是哪個變量的作用，所以不能確定兩種假設中哪種正確；
故答案為：不能；因為同時改變了兩個變量，無法確定到底是哪個變量的作用；
（Ⅲ）（1）由于兩次實驗誤差不能超過0.001，則當?shù)诙�次測量的數(shù)據(jù)與第一次數(shù)據(jù)差別在0.001以內，則無需再進行第三次稱量，所以a的數(shù)值范圍應為18.621±0.001；
故答案為：18.621±0.001；
（2）坩堝和固體總質量的變化值即是水的質量，因此失去的結晶水質量為22.700g-18.620g=4.08g，則n（H₂O）=$\frac{4.08g}{18g/mol}$=0.227mol，硫酸銅固體的質量=第二次稱量的質量-坩堝的質量，即18.620g-11.710g=6.910g，則n（CuSO₄）=$\frac{6.910g}{160g/mol}$=0.0432mol，
CuSO₄•xH₂O  $\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$ CuSO₄ +x H₂O．
                  1         x
                 0.0432mol   0.227mol
則$\frac{1}{0.0432mol}$=$\frac{x}{0.227}$，解得：x=5.25，
故答案為：5.25．

點評 本題是以研究SO₂的性質為載體的實驗題，涉及硫酸的性質、硫酸根離子的檢驗、實驗方案的評價、物質組成的確定、化學計算等，題目綜合性較強，側重于培養(yǎng)學生靈活運用知識的能力，題目難度中等．