Question

13．某化學(xué)小組設(shè)計(jì)了如圖所示裝置．用以探究Cu跟濃H₂SO₄的反應(yīng)并收集少量氣態(tài)產(chǎn)物（加熱及夾持裝置省略）．
（1）關(guān)閉活塞a與b，將9.6g Cu片和18mL18mol•L^-1的濃H₂S_O4加入儀器B中共熱至反應(yīng)完全，發(fā)現(xiàn)燒瓶中還有Cu片剩余．該小組學(xué)生根據(jù)所學(xué)化學(xué)知識認(rèn)為還有一定量的硫酸剩余．
①寫出儀器B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．有一定量的H₂SO₄剩余但未能使銅片完全溶解，你認(rèn)為可能的原因是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃硫酸逐漸變稀，水逐漸增多，稀硫酸和銅不反應(yīng)，反應(yīng)停止．
②請指出該套裝置中的一個明顯錯誤裝置C中導(dǎo)管應(yīng)長進(jìn)短出．
③裝置C中氣休收集滿后，移走裝置C，將裝置B與裝置D對接，然后打開活塞a與b，將分液漏斗中的無色無味液體滴入到裝置A中淡黃色固休的表面，產(chǎn)生的無色氣體可使裝置B中剩余Cu片繼續(xù)溶解，寫出此時儀器B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O．
（2）欲測定H₂SO₄濃度低于多少時反應(yīng)停止．該小組學(xué)生重新用足量銅與一定量的濃H₂SO₄共熱，反應(yīng)停止后冷卻，再測定余酸的物質(zhì)的量濃度．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)方案是：先測定銅與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生SO₂的量，再計(jì)算余酸的物質(zhì)的量濃度．他設(shè)計(jì)了幾種測定SO₂的量的方案，下列方案中不可行的是ABC（填寫字母編號）．
A、將裝置B產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄟ^預(yù)先稱量過盛有堿石灰的干燥管，結(jié)束反應(yīng)后再次稱量
B、將裝置B產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄈ胱懔克嵝訩MnO₄溶液．再加人足量BaCl₂溶液，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀
C、用排水法測定裝置B產(chǎn)生氣體的體積（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）
D、用排飽和NaHSO₃溶液的方法測出裝置B產(chǎn)生氣體的體積（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）
②乙學(xué)生設(shè)計(jì)的方案是：在反應(yīng)后的溶液中加蒸餾水稀釋至1000mL，取20ml于錐形瓶中，滴入幾滴甲基橙作指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液進(jìn)行滴定，通過測出消耗NaOH溶液的體積來求余酸的物質(zhì)的量的濃度．假定反應(yīng)前后燒瓶中溶液的體積不變，你認(rèn)為乙學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案能否求得余酸的物質(zhì)的量的濃度“能”[或“否”]（填“能”或“否”）．理由是因?yàn)樵诤�有Cu²⁺、H⁺的混合溶液中，當(dāng)以甲基橙為指示劑用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液進(jìn)行滴定時，可以有效排除Cu²⁺干擾，準(zhǔn)確測出H⁺的物質(zhì)的量[不能；銅離子溶液呈藍(lán)色會干擾滴定終點(diǎn)的正確判斷]．
[已知：Cu（OH）₂開始沉淀的pH約為5，甲基橙變色的pH值范圍為3.1-4.4]．

Answer 1

分析 （1）①銅與濃硫酸在加熱條件下生成硫酸銅、二氧化硫和水；有一定量的硫酸剩余但未能使銅片完全溶解是因?yàn)闈饬蛩嶙兿『筱~和稀硫酸不反應(yīng)；
②裝置B銅和濃硫酸反應(yīng)，裝置C收集二氧化硫，裝置D進(jìn)行尾氣處理，裝置C為防止倒吸，應(yīng)長進(jìn)短出；
③裝置A淡黃色固體為過氧化鈉，和水反應(yīng)制取氧氣，銅氧氣和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水；
（2）①測定SO₂的量必須做到不能在測量時損耗，便于測定分析，A考慮水蒸氣的干擾，B考慮酸化高錳酸鉀溶液中的硫酸根離子干擾，C考慮二氧化硫在水中的溶解性，D可行；
②銅離子溶液呈藍(lán)色，對觀察指示終點(diǎn)顏色有干擾，含有Cu²⁺、H⁺的混合溶液中，當(dāng)以甲基橙為指示劑用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液進(jìn)行滴定時，可以有效排除Cu²⁺干擾．

解答 解：（1）①試管Ⅰ中發(fā)生的反應(yīng)是銅和濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，Cu只能與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)，而與稀硫酸不反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸的濃度逐漸下降，最后剩余，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃硫酸逐漸變稀，水逐漸增多，稀硫酸和銅不反應(yīng)，反應(yīng)停止；
②裝置C收集二氧化硫，裝置D進(jìn)行尾氣處理，為防止倒吸，裝置C中導(dǎo)管應(yīng)該長進(jìn)短出，
故答案為：裝置C中導(dǎo)管應(yīng)該長進(jìn)短出；
③分液漏斗中的無色無味液體為水，滴入到裝置A中淡黃色固體過氧化鈉的表面，產(chǎn)生的無色氣體為氧氣，裝置B中剩余Cu片繼續(xù)溶解的原因?yàn)椋?Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，
故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
（2）①測定SO₂的量必須準(zhǔn)確測定無氣體損耗，實(shí)驗(yàn)操作簡單易行；
A、將裝置產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄟ^預(yù)先稱量過盛有堿石灰的干燥管，結(jié)束反應(yīng)后再次稱量，由于氣體中含有水蒸氣，堿石灰會吸收二氧化硫和水蒸氣，稱量后計(jì)算不準(zhǔn)確，故A不可行；
B、將裝置A產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄈ胱懔康牧蛩崴峄�的KMnO₄溶液，再加入足量BaCl₂溶液，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀．過程中沉淀的質(zhì)量是由二氧化硫被氧化生成的硫酸根離子和酸化高錳酸鉀溶液中的硫酸根離子，所以測定不出二氧化硫的含量，故B不可行；
C、二氧化硫氣體是易溶于水的物質(zhì)，用排水法測定裝置A產(chǎn)生氣體的體積不準(zhǔn)確，故C不可行；
D、用排飽和NaHSO₃溶液的方法測出裝置A產(chǎn)生氣體的體積，二氧化硫在飽和NaHSO₃溶液中 的溶解度降低，可以用排水量氣方法進(jìn)行二氧化硫的氣體體積測定，故D可行；
故答案為：ABC；
②滴定實(shí)驗(yàn)測定物質(zhì)的含量，需要做到準(zhǔn)確量取液體的體積，用滴定管可以解決，準(zhǔn)確判斷反應(yīng)的終點(diǎn)，測定余酸的物質(zhì)的量濃度，用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液進(jìn)行滴淀，因?yàn)樵诤�有Cu²⁺、H⁺的混合溶液中，當(dāng)以甲基橙為指示劑用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液進(jìn)行滴定時，可以有效排除Cu²⁺干擾，準(zhǔn)確測出H⁺的物質(zhì)的量，[或“否”，雖然甲基橙變色范圍：pH為3.1～4.4，氫氧化銅開始沉淀時的pH為5，在指示劑變色范圍之外，即中和酸時，銅離子不會消耗OH^-，但是甲基橙由紅色變成橙色、黃色時，銅離子溶液呈藍(lán)色，對觀察指示終點(diǎn)顏色有干擾，不能指示反應(yīng)的終點(diǎn)判斷，所以不能通過測出消耗NaOH溶液的體積來求余酸的物質(zhì)的量的濃度]，
故答案為：“能”[或“否”]；因?yàn)樵诤�有Cu²⁺、H⁺的混合溶液中，當(dāng)以甲基橙為指示劑用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液進(jìn)行滴定時，可以有效排除Cu²⁺干擾，準(zhǔn)確測出H⁺的物質(zhì)的量[不能；銅離子溶液呈藍(lán)色會干擾滴定終點(diǎn)的正確判斷]．

點(diǎn)評 本題考查了濃硫酸的性質(zhì)應(yīng)用，反應(yīng)產(chǎn)物的驗(yàn)證、測定方法的設(shè)定和判斷，關(guān)鍵是產(chǎn)物中的二氧化硫的性質(zhì)應(yīng)用和含量測定，題目難度中等．