Question

10．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(chǎn)物的定性探究，按如圖裝置（固定裝置已略去）進行實

（1）A裝置的試管中發(fā)生反應的化學方程式是Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；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裝置試管中反應所得產(chǎn)物是否含有銅離子，需將溶液稀釋，操作方法是將A裝置中冷卻的混合溶液沿燒杯內(nèi)壁緩緩倒入盛水的燒杯中，并不斷攪拌，觀察是否有藍色出現(xiàn)．
實驗Ⅱ：反應產(chǎn)物的定量探究
（5）在銅與濃硫酸反應的過程中，發(fā)現(xiàn)有黑色物質出現(xiàn)，且黑色物質為Cu₂S．產(chǎn)生Cu₂S的反應為aCu+bH₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$cCu₂S+dCuSO₄+e H₂O，則a：b=5：4．
（6）為測定硫酸銅的產(chǎn)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溶液中振蕩，生成的I₂恰好與20.00mL  0.30mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液反應，若反應消耗銅的質量為6.4g，則硫酸銅的產(chǎn)率為60%．  （已知2Cu²⁺+4I^-=2CuI+I₂，2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-）【注：硫酸銅的產(chǎn)率指的是硫酸銅的實際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值】

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）銅與濃硫酸在加熱條件下反應生成硫酸銅、二氧化硫和水；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）根據(jù)轉移電子及原子守恒配平方程式，從而確定a、b關系；
（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：（1）銅與濃硫酸在加熱條件下反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，則A裝置的試管中發(fā)生反應的化學方程式是Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；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：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；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(chǎn)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(nèi)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裝置中冷卻的混合溶液沿燒杯內(nèi)壁緩緩倒入盛水的燒杯中，并不斷攪拌，觀察是否有藍色出現(xiàn)；
（5）aCu+bH₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$cCu₂S+dCuSO₄+e H₂O中，Cu元素化合價由0價變?yōu)?1價、+2價、S元素化合價由+6價變?yōu)?2價，轉移電子數(shù)為6，根據(jù)轉移電子守恒及原子守恒配平方程式為：5Cu+4H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu₂S+3CuSO₄+4H₂O，所以a：b=5：4，
故答案為：5：4；
（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  （0.3×0.02）mol
2mol：2mol=0.025xmol：（0.3×0.02）mol
x=$\frac{2×（0.3×0.02）}{2×0.025}$=0.24mol/L，
則250mL溶液中n（Cu²⁺）=0.24mol/L×0.25L=0.06mol，參加反應的n（Cu）=$\frac{6.4g}{64g/mol}$=0.1mol，
則硫酸銅的產(chǎn)率=$\frac{0.06mol}{0.1mol}$=60%，
故答案為：60%．

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．