Question

2．濃硫酸是一種重要的化工產(chǎn)品．某化學(xué)興趣小組擬探究Cu與濃H₂SO₄的反應(yīng)．
Ⅰ．[查閱資料]
銅與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生黑色物質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)資料如下表：

資料1	硫酸濃度mol/L	黑色物質(zhì)出現(xiàn)的溫度∕℃	黑色物質(zhì)消失的溫度∕℃
	15	約150	約236
	16	約140	約250
	18	約120	不消失
資料2	X射線衍射晶體分析表明，銅與濃硫酸反應(yīng)生成的黑色物質(zhì)為Cu2S、CuS、Cu7S4中的一種或幾種．

Ⅱ．[探究過程]

（1）試管A中發(fā)生的反應(yīng)的主要化學(xué)方程式為C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
（2）反應(yīng)進(jìn)行一段時間可觀察到試管B中的現(xiàn)象為溶液由紅色變成無色．
（3）試管C浸有NaOH溶液的棉團(tuán)與試管E的NaOH溶液的作用是否相同相同（填“相同或不相同”）
（4）如同時將試管B換成試管D，將試管C換成試管E，并從試管D的直立導(dǎo)管中通入另一種氣體，試管D中產(chǎn)生白色沉淀，則氣體可以是NH₃（NO₂或ClO₂）、Cl₂（O₃或O₂或Br₂蒸汽）（填一種化合物和一種單質(zhì)的化學(xué)式）；試管E中CCl₄的作用是防倒吸．
（5）用簡單方法證明A試管中反應(yīng)所得產(chǎn)物含有銅離子的操作方法是（停止反應(yīng)，冷卻后），取A中溶液少許于一盛有少量水的燒杯（試管）里，搖勻，觀察溶液顏色呈藍(lán)色；分離出試管E中的上層液體，其分離的操作名稱為分液．
Ⅲ．[問題反思]
（6）僅由上述資料及探究過程可得出的正確結(jié)論是abd．
a．銅與濃硫酸作用所涉及的反應(yīng)可能不止一個
b．硫酸濃度選擇適當(dāng)，可避免產(chǎn)物中出現(xiàn)黑色物質(zhì)
c．反應(yīng)發(fā)生條件之一是硫酸濃度≥15mol/L
d．硫酸濃度越大，黑色物質(zhì)越快出現(xiàn)，越難消失．

Answer 1

分析 （1）碳可以和濃硫酸反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化硫以及水，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）二氧化硫檢驗漂白性，能夠使品紅溶液褪色；
（3）二氧化硫有毒，需要用氫氧化鈉溶液吸收，兩個裝置中都是為了吸收多余的二氧化硫；
（4）二氧化硫不與氯化鋇溶液反應(yīng)，通入的氣體需要滿足把二氧化硫轉(zhuǎn)化為鹽或把二氧化硫氧化為硫酸；二氧化硫不溶于四氯化碳，起到了防止倒吸達(dá)到作用；
（5）證明A試管中反應(yīng)所得產(chǎn)物是否含有銅離子的操作方法是利用銅離子在溶液中呈藍(lán)色；分離不溶的液體通常使用分液操作；
（6）圖表數(shù)據(jù)分析銅和濃硫酸反應(yīng)過程中會生成黑色物質(zhì)證明有副反應(yīng)，濃度合適會避免黑色固體出現(xiàn)，濃度越大，溫度越高黑色越難消失．

解答 解：（1）碳可以和濃硫酸反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（2）反應(yīng)中有二氧化硫生成，二氧化硫檢驗漂白性，所以裝置B中品紅溶液會褪色，
故答案為：溶液由紅色變成無色；  
（3）試管C浸有NaOH溶液的棉團(tuán)與試管E的NaOH溶液的作用都是吸收多余的二氧化硫，所以兩個裝置的作用相同，
故答案為：相同；
（4）將B試管換成D試管，并從直立導(dǎo)管中向BaCl₂溶液中通入另一種氣體，產(chǎn)生白色沉淀，是因為二氧化硫不與氯化鋇溶液反應(yīng)，通入的氣體需要滿足把二氧化硫轉(zhuǎn)化為鹽或把二氧化硫氧化為硫酸，如堿性氣體NH₃、做氧化劑的氣體如Cl₂、O₂、O₃、Br₂、NO₂、NO、ClO₂、Cl₂O等，要求填二種化合物和二種單質(zhì)的化學(xué)式，可以是NH₃（NO₂或ClO₂ ）； Cl₂（O₃或O₂或Br₂蒸汽）；
二氧化硫直接與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，容易發(fā)生倒吸現(xiàn)象，而二氧化硫不溶于四氯化碳，可以防止倒吸，
故答案為：NH₃（NO₂  或ClO₂ ）； Cl₂（O₃或O₂或Br₂蒸汽）；防倒吸；
（5）可通過抽動銅絲控制反應(yīng)，證明A試管中反應(yīng)所得產(chǎn)物是否含有銅離子的操作方法是利用銅離子在溶液中呈藍(lán)色，向上拉銅絲，終止反應(yīng)，冷卻后，將A中溶液慢慢倒入盛有少量水的燒杯（試管）里，觀察溶液顏色是否為藍(lán)色證明是否生成銅離子；
氫氧化鈉溶液與四氯化碳不相容，可以通過分液操作將混合物分離，
故答案為：（停止反應(yīng)，冷卻后），取A中溶液少許于一盛有少量水的燒杯（試管）里，搖勻，觀察溶液顏色呈藍(lán)色；分液；
（6）依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析可知，濃度不同時出現(xiàn)黑色物質(zhì)的時間隨濃度增大減小，濃度為18mol/L時生成的黑色物質(zhì)不能消失；
a．分析過程可知．發(fā)生的反應(yīng)過程中生成二氧化硫和硫酸銅的反應(yīng)過程中有奇談反應(yīng)發(fā)生生成黑色物質(zhì)，銅與濃硫酸反應(yīng)時所涉及的反應(yīng)可能不止一個，故a正確；
b．圖表數(shù)據(jù)分析可知硫酸濃度選擇適當(dāng)，可避免最后產(chǎn)物中出現(xiàn)黑色物質(zhì)，故b正確；
c．濃硫酸和銅的反應(yīng)濃度小于15mol/L也可能出現(xiàn)黑色物質(zhì)，出現(xiàn)的時間長，該反應(yīng)發(fā)生的條件不一定是硫酸濃度≥15mol•L^-1，故c錯誤；
d．圖表數(shù)據(jù)中，18mol/L的濃硫酸，出現(xiàn)褐色物質(zhì)的時間短，黑色物質(zhì)難以消失，所以硫酸濃度越大，黑色物質(zhì)越快出現(xiàn)、越難消失，故d正確；
故答案為：abd．

點評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)實驗方案的設(shè)計，題目難度中等，試題側(cè)重于濃硫酸與銅反應(yīng)，注意掌握二氧化硫的漂白性、氧化性的實驗驗證、污染氣體的實驗處理方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、歸納能力及化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>