Question

17．某研究性學習小組的同學為驗證濃硫酸與銅能反應而稀硫酸不能，設計了如圖所示裝置進行探究：將6.4g 銅片和含0.2moL溶質的18.4mol/L濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，直到無氣體生成為止．（假定在此過程溶液體積不變）
（1）甲同學認為要證實上述結論，還應進行稀硫酸與銅片混合加熱實驗，你認為有無必要，并說明理由：無必要，隨著反應的進行，濃硫酸變成稀硫酸，稀硫酸與銅不反應
（2）下列試劑中能夠用來進一步證明反應結束后的燒瓶中確有余酸的是：A
A．鐵粉           B．鈉          C．氯化鋇溶液             D．銀粉
（3）為定量測定余酸的物質的量濃度，甲、乙兩位同學進行了如下設計：
Ⅰ甲同學設想：在A裝置增加一個導管通氮氣驅趕氣體（假定生成的氣體全部逸出），先測定生成的SO₂的量，然后計算剩余硫酸的濃度．他設計了如下二種方案來測定SO₂的量：
方案①將產(chǎn)生的氣體緩緩通入足量用稀硫酸酸化的KMnO₄溶液，再加入足量BaCl₂溶液，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀．
方案②將氣體緩緩通入足量硝酸鋇溶液中，然后過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀．
經(jīng)仔細分析后，發(fā)現(xiàn)有不合理之處，請?zhí)顚懕砀瘢�可以不填滿）：

序號	不合理的原因	誤差 （偏低或偏高）	改變措施
方案①	高錳酸鉀溶液中含有硫酸，與氯化鋇反應，使生成的沉淀增多	偏低	將硫酸酸化的高錳酸鉀溶液換成溴水或碘水或硝酸溶液
方案②	不填	不填	不填

Ⅱ乙學生設計的方案是：分離出反應后的溶液并加蒸餾水稀釋至1000mL，取20.00mL于錐形瓶中，滴入2～3滴酚酞指示劑，用標準NaOH溶液進行滴定（已知氫氧化銅開始沉淀的pH約為5），這種方法能否求出余酸的濃度，理由是不能，PH＞5時，Cu²⁺會與堿反應生成沉淀，不能達到滴定終點．
（4）請再設計其他可行的實驗方案，來測定余酸的物質的量濃度，簡要寫出操作步驟及需要測定的數(shù)據(jù)（不必計算，不必寫操作細節(jié)）反應結束后將燒瓶中的銅片取出，然后向溶液中加入足量氯化鋇溶液，過濾出沉淀，洗凈、干燥后稱量．

Answer 1

分析 （1）開始是濃硫酸與Cu發(fā)生反應：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，Cu與硫酸的物質的量之比為1：2，且二者按物質的量1：2反應，隨著反應的進行硫酸逐漸變稀，如銅、硫酸有剩余，則可說明稀硫酸與銅不反應；
（2）反應后的溶液中含有CuSO₄、H₂O及過量的H₂SO₄，要證明反應結束后的燒瓶中確有余酸，需要檢驗氫離子，由于鈉能與水反應，可以用Fe粉檢驗；
（3）I．方案①中KMnO₄溶液酸化是用的硫酸，因此在高錳酸鉀溶液中的SO₄^2-包括SO₂氧化產(chǎn)生的和外加硫酸的兩部分，這樣產(chǎn)生的硫酸鋇沉淀就偏多，可以采用其它的氧化劑如溴水或碘水或硝酸溶液等氧化SO₂；
方案②二氧化硫可與硝酸鋇發(fā)生氧化還原反應，生成硫酸鋇沉淀，可用于測量含量；
Ⅱ．用標準NaOH溶液滴定剩余硫酸時，由于在溶液中含有CuSO₄，用酚酞作指示劑，變色點為8，但氫氧化銅開始沉淀的pH約為5．Cu²⁺也會與堿反應生成沉淀，不能達到滴定終點；
（4）利用氯化鋇與硫酸、硫酸銅反應生成硫酸鋇沉淀，測定溶液中硫酸根的物質的量，根據(jù)消耗Cu的質量可以沉淀硫酸銅的物質的量，進而計算出剩余酸的物質的量．

解答 解：（1）開始是濃硫酸與Cu發(fā)生反應：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，Cu與硫酸的物質的量之比為1：2，且二者按物質的量1：2反應，隨著反應的進行硫酸逐漸變稀，如銅、硫酸有剩余，則可說明稀硫酸與銅不反應，則沒有必要進行稀硫酸與銅片的反應，
故答案為：無必要，隨著反應的進行，濃硫酸變成稀硫酸，稀硫酸與銅不反應；
（2）A．加入Fe粉會發(fā)生反應：CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu； H₂SO₄+Fe=FeSO₄+H₂，會有氣體產(chǎn)生，因此會冒出氣泡，故A正確；
B．由于溶液中含有大量的水，無論酸是否有剩余，都會發(fā)生反應：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，因此不能證明酸剩余，故B錯誤；
C．溶液中含有CuSO₄，一定會發(fā)生反應：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，不能證明酸剩余，故C錯誤；
D．在金屬活動性順序表中Ag位于H后面，不能把酸中的氫置換出來，故D錯誤，
故選：A；
（3）I．方案①中KMnO₄溶液酸化是用的硫酸，因此在高錳酸鉀溶液中的SO₄^2-包括SO₂氧化產(chǎn)生的和外加硫酸的兩部分，這樣產(chǎn)生的硫酸鋇沉淀就偏多，導致剩余的硫酸偏低，改變的措施是：采用其它的氧化劑如溴水或碘水或硝酸溶液等氧化SO₂，使其轉化為硫酸，再用氯化鋇溶液減小滴定，
方案②二氧化硫可與硝酸鋇發(fā)生氧化還原反應，生成硫酸鋇沉淀，可用于測量含量，設計合理、操作無誤，
故答案為：

方案序號	不合理的原因	誤差（偏低或偏高）	改變措施
方案①	高錳酸鉀溶液中含有硫酸，與氯化鋇反應，使生成的沉淀增多	偏低	將硫酸酸化的高錳酸鉀溶液換成溴水或碘水或硝酸溶液
方案②	--	--	--

；
Ⅱ．用標準NaOH溶液滴定剩余硫酸時，由于在溶液中含有CuSO₄，用酚酞作指示劑，變色點為8，但氫氧化銅開始沉淀的pH約為5．Cu²⁺也會與堿反應生成沉淀，不能達到滴定終點，無法準確測定剩余硫酸的物質的量的多少，
故答案為：不能，PH＞5時，Cu²⁺會與堿反應生成沉淀，不能達到滴定終點；
（4）根據(jù)氯化鋇與硫酸、硫酸銅反應生成硫酸鋇沉淀，測定溶液中硫酸根的物質的量，根據(jù)反應消耗的Cu的質量確定由CuSO₄產(chǎn)生的沉淀的質量，進而計算出剩余酸的物質的量，其他可行的用來測定余酸的物質的量濃度實驗方案：反應結束后將燒瓶中的銅片取出，然后向溶液中加入足量氯化鋇溶液，過濾出沉淀，洗凈、干燥后稱量，
故答案為：反應結束后將燒瓶中的銅片取出，然后向溶液中加入足量氯化鋇溶液，過濾出沉淀，洗凈、干燥后稱量．

點評 本題考查性質探究實驗、實驗方案的設計與評價及誤差分析的知識，難度中等，理解原理是解題的關鍵，注意基礎知識的掌握．