Question

4．無水CuSO₄在500℃以上按下式分解：CuSO₄→CuO+SO₃↑+SO₂↑+O₂↑，某同學為測定一定量的CuSO₄受熱分解所產生的SO₃、SO₂、O₂的物質的量，從而通過計算來確定該條件下CuSO₄分解方程式中各物質的化學計量數(shù)．實驗的主要儀器如下：

實驗所測得數(shù)據(jù)及有關事項如下：
a．準確稱取6.40g無水CuSO₄；            
b．裝置C在實驗結束時增重2.88g；
c．實驗結束后，測量量筒中水的體積后，折算成排出水的氣體的體積（標準狀況下）為224mL．
（1）按裝置從左至右的方向，各儀器接口的連接順序為①③④⑥⑤②（用圓圈內數(shù)字表示，不重復使用）．
（2）實驗前，還須向盛滿水的D裝置中通入O₂（所需的O₂另用其他方法制�。┦怪�達到飽和，這樣操作的目的是降低O₂在水中的溶解度，減少實驗誤差．
（3）假設CuSO₄完全分解且所有氣體全被吸收或排出，通過題中所給的數(shù)據(jù)計算，CuSO₄完全分解所得SO₃的物質的量是0.02mol，該條件下無水CuSO₄分解的化學方程式是4CuSO₄$\frac{\underline{\;500℃以上\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑．
（4）若將A中分解所得的混合氣直接導入一定量的NaOH溶液中，當酸性氣體恰好完全被吸收，而仍有氧氣逸出時，則溶液中離子濃度之間的關系可能為bcd（填序號）．
a、c（SO₄^2-）=c（SO₃^2-）                
b、c（OH^-）=c（H⁺）
c、c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）
d、c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氣體的制備和收集按照發(fā)生裝置→氣體吸收裝置→排水→測量裝置來組裝實驗儀器；
（2）水中能夠溶解部分氧氣，會影響測定結果，故實驗前向盛滿水的D裝置中通入O₂，使之達到飽和；
（3）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算出樣品硫酸銅的物質的量，根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算出分解生成氧氣的物質的量；利用S原子守恒及二氧化硫、三氧化硫的總質量列式計算出二氧化硫和三氧化硫的物質的量，從而可得出硫酸銅與二氧化硫、三氧化硫、氧氣的物質的量之比，最后據(jù)此寫出反應方程式；
（4）二氧化硫和三氧化硫的物質的量相等，二者與氫氧化鈉溶液恰好反應，反應后溶質可能為亞硫酸鈉和硫酸鈉的混合物，有可能為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合物，結合鹽的水解原理、電荷守恒判斷溶液中可能出現(xiàn)的離子濃度大�。�

解答 解：（1）氣體的制備和收集按照發(fā)生裝置→氣體吸收裝置→排水→測量裝置來安裝實驗儀器，按從左至右的方向，先分解制備氣體，通過堿石灰吸收二氧化硫、三氧化硫，然后利用排水量氣法測定氧氣的體積，則各儀器接口連接順序為：①③④⑥⑤②，
故答案為：①③④⑥⑤②；
（2）水中能夠溶解少量氧氣，會引進誤差，所以實驗前向盛滿水的D裝置中通入O₂，使之達到飽和，可以降低O₂在水中的溶解度，減少實驗誤差，
故答案為：降低O₂在水中的溶解度，減少實驗誤差；
（3）準確稱取6.40g無水CuSO₄，硫酸銅的物質的量為：$\frac{6.40g}{160g/mol}$=0.04mol，裝置C在實驗結束時增重的2.88g為二氧化硫和二氧化碳的物質的量，設分解產物中含有二氧化硫xmol，含有ymol三氧化硫，則：x+y=0.04mol、64x+80y=2.88，聯(lián)立解得：x=y=0.02mol，即：分解的混合氣體中含有二氧化硫和二氧化碳的物質的量都是0.02mol；實驗結束后，測量量筒中水的體積后，折算成排出水的氣體的體積（標準狀況下）為224mL，說明分解生成氧氣的物質的量為：$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，則反應中硫酸銅、三氧化硫、二氧化硫和氧氣的物質的量之比為：0.04mol：0.02mol：0.02mol：0.01mol=4：2：2：1，所以該反應的化學方程式為：4CuSO₄$\frac{\underline{\;500℃以上\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑，
故答案為：0.02；4CuSO₄$\frac{\underline{\;500℃以上\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑；
（4）產生的二氧化硫與三氧化硫的物質的量相等，當酸性氣體恰好完全被吸收，而仍有氧氣逸出時，說明二氧化硫沒有完全被氧化，反應后溶質為硫酸鈉、亞硫酸鈉或硫酸鈉、亞硫酸氫鈉，
a．于溶液中二氧化硫沒有完全反應，則一定滿足c（SO₄^2-）＜c（SO₃^2-），故a錯誤；        
b．溶液中溶質為亞硫酸鈉、硫酸鈉和亞硫酸氫鈉時，溶液中可能為中性，則：c（OH^-）=c（H⁺），故b正確；
c．反應后溶質為亞硫酸鈉、硫酸鈉的混合液時，亞硫酸根離子部分水解，溶液顯示堿性，則滿足：c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺），故c正確；
d．溶質為亞硫酸氫鈉和硫酸鈉時，亞硫酸氫根離子的水解程度大于其電離程度，則溶液呈酸性，此時滿足：c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），故d正確；
故答案為：b、c、d．

點評 本題考查了探究物質組成、測量物質含量的方法，題目難度中等，涉及裝置連接、化學方程式書寫、離子濃度大小比較、化學計算等知識，明確實驗目的為解答關鍵，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學實驗能力，（4）為易錯點，需要明確反應后溶質組成．