Question

17．某化學(xué)課外興趣小組為探究銅跟濃硫酸的反應(yīng)情況，設(shè)計(jì)了如圖所示裝置進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗(yàn)：

（1）先關(guān)閉活塞a，將6.4g銅片和10mL 18mol/L的濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱至反應(yīng)完成，發(fā)現(xiàn)燒瓶中還有銅片剩余．再打開活塞a，將氣球中的氧氣緩緩擠入圓底燒瓶，最后銅片完全消失．
①寫出上述過程中圓底燒瓶內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：
打開活塞a之前Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
打開活塞a之后2Cu+2H₂SO₄+O₂=2CuSO₄+2H₂O．
②B是用來收集實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的氣體的裝置，但集氣瓶內(nèi)的導(dǎo)管未畫全，請(qǐng)直接在圖上把導(dǎo)管補(bǔ)充完整．
（2）實(shí)際上，在打開活塞a之前硫酸仍有剩余．為定量測定余酸的物質(zhì)的量，甲、乙兩學(xué)生進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：
①甲學(xué)生設(shè)計(jì)的方案是：先測定銅與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生SO₂的量，再通過計(jì)算確定余酸的物質(zhì)的量．他測定SO₂的方法是將裝置A產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄟ^裝置D，從而測出裝置A產(chǎn)生氣體的體積（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．你認(rèn)為甲學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案中D裝置中的試劑為飽和NaHSO₃（填化學(xué)式）．
②乙學(xué)生設(shè)計(jì)的方案是：將反應(yīng)后的溶液冷卻后全部移入到燒杯中稀釋，并按正確操作配制100mL溶液，再取20mL于錐形瓶中，用甲基橙作指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液進(jìn)行滴定[已知：Cu（OH）₂開始沉淀的pH約為5]，選擇該指示劑的理由為Cu（OH）₂開始沉淀的pH約為5，若用酚酞作指示劑時(shí)溶液中的Cu ²⁺會(huì)和NaOH反應(yīng)，Cu（OH）₂的藍(lán)色會(huì)干擾滴定終點(diǎn)的正確判斷；再求出余酸的物質(zhì)的量，若耗去a mol/L氫氧化鈉溶液b mL，則原余酸的物質(zhì)的量為$\frac{5ab×1{0}^{-3}}{2}$mol（用含a、b的表達(dá)式來表示）．

Answer 1

分析 （1）①打開活塞a之前，濃硫酸和Cu在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CuSO₄、SO₂和H₂O；打開活塞a后，Cu、O₂和稀硫酸反應(yīng)生成CuSO₄和H₂O；
②依據(jù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氣體是二氧化硫與空氣的密度比較分析，確定收集實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的氣體的裝置中導(dǎo)氣管的位置；
（2）①用排水法測定SO₂的量必須做到不能在測量時(shí)損耗，需用飽和飽和亞硫酸氫鈉溶液；
②根據(jù)指示劑的顯色范圍為：甲基橙：紅-3.1-橙-4.4-黃，石蕊：紅-5-紫-8-藍(lán)，根據(jù)準(zhǔn)確判斷反應(yīng)終點(diǎn)分析判斷，若耗去a mol/L氫氧化鈉溶液b mL，根據(jù)H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O計(jì)算原余酸的物質(zhì)的量，注意體積的變化．

解答 解：（1）①打開活塞a之前，濃硫酸和Cu在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CuSO₄、SO₂和H₂O，反應(yīng)方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
打開活塞a后，Cu、O₂和稀硫酸反應(yīng)生成CuSO₄和H₂O，反應(yīng)方程式為2Cu+2H₂SO₄+O₂=2CuSO₄+2H₂O，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；2Cu+2H₂SO₄+O₂=2CuSO₄+2H₂O；
②銅跟濃硫酸反應(yīng)生成了二氧化硫氣體，二氧化硫密度比空氣大，可以用向上排氣法收集，所以裝置中的導(dǎo)氣管應(yīng)長進(jìn)短出，裝置圖為，
故答案為：；
（2）①測定SO₂的量必須準(zhǔn)確測定無氣體損耗，用排水法測定裝置A產(chǎn)生氣體的體積，實(shí)驗(yàn)方案中D裝置中的試劑應(yīng)滿足不反應(yīng)且在其中溶解度度較小，二氧化硫在飽和NaHSO₃溶液中的溶解度降低，所以可用排飽和NaHSO₃溶液的方法測出裝置A產(chǎn)生氣體的體積，
故答案為：飽和NaHSO₃；
②由于Cu（OH）₂開始沉淀的pH約為5，應(yīng)選擇變色范圍接近的指示劑，以減小滴定誤差，故選擇甲基橙作指示劑，若用酚酞作指示劑時(shí)溶液中的Cu ²⁺會(huì)和NaOH反應(yīng)，Cu（OH）₂的藍(lán)色會(huì)干擾滴定終點(diǎn)的正確判斷，
設(shè)余酸的物質(zhì)的量為n，消耗NaOH的物質(zhì)的量為：a mol/L×b×10-3 L=ab×10-3 mol，H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O
　1　　　　　2
n×$\frac{20}{100}$         ab×10-3 mol     n=$\frac{5ab×1{0}^{-3}}{2}$mol，

故答案為：甲基橙；Cu（OH）₂開始沉淀的pH約為5，若用酚酞作指示劑時(shí)溶液中的Cu²⁺會(huì)和NaOH反應(yīng)，Cu（OH）₂的藍(lán)色會(huì)干擾滴定終點(diǎn)的正確判斷； $\frac{5ab×1{0}^{-3}}{2}$．

點(diǎn)評(píng) 本題以銅和濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)為載體考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，涉及實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、化學(xué)方程式的書寫等知識(shí)點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)，易錯(cuò)點(diǎn)是化學(xué)用語的正確使用，題目難度中等．