Question

13．某化學小組設計了如圖所示裝置．用以探究Cu跟濃H₂SO₄的反應并收集少量氣態(tài)產物（加熱及夾持裝置省略）．
（1）關閉活塞a與b，將9.6g Cu片和18mL18mol•L^-1的濃H₂S_O4加入儀器B中共熱至反應完全，發(fā)現燒瓶中還有Cu片剩余．該小組學生根據所學化學知識認為還有一定量的硫酸剩余．
①寫出儀器B中發(fā)生反應的化學方程式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，你認為可能的原因是隨著反應的進行，濃硫酸逐漸變稀，水逐漸增多，稀硫酸和銅不反應，反應停止．
②請指出該套裝置中的一個明顯錯誤裝置C中導管應長進短出．
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)生反應的化學方程式2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O．
（2）欲測定H₂SO₄濃度低于多少時反應停止．該小組學生重新用足量銅與一定量的濃H₂SO₄共熱，反應停止后冷卻，再測定余酸的物質的量濃度．甲、乙兩學生進行了如下設計：
①甲學生設計方案是：先測定銅與濃硫酸反應產生SO₂的量，再計算余酸的物質的量濃度．他設計了幾種測定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產生的氣體緩緩通過預先稱量過盛有堿石灰的干燥管，結束反應后再次稱量
B、將裝置B產生的氣體緩緩通入足量酸性KMnO₄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產生氣體的體積（已折算成標準狀況）
D、用排飽和NaHSO₃溶液的方法測出裝置B產生氣體的體積（已折算成標準狀況）
②乙學生設計的方案是：在反應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，用標準NaOH溶液進行滴定，通過測出消耗NaOH溶液的體積來求余酸的物質的量的濃度．假定反應前后燒瓶中溶液的體積不變，你認為乙學生設計的實驗方案能否求得余酸的物質的量的濃度“能”[或“否”]（填“能”或“否”）．理由是因為在含有Cu²⁺、H⁺的混合溶液中，當以甲基橙為指示劑用標準氫氧化鈉溶液進行滴定時，可以有效排除Cu²⁺干擾，準確測出H⁺的物質的量[不能；銅離子溶液呈藍色會干擾滴定終點的正確判斷]．
[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為濃硫酸變稀后銅和稀硫酸不反應；
②裝置B銅和濃硫酸反應，裝置C收集二氧化硫，裝置D進行尾氣處理，裝置C為防止倒吸，應長進短出；
③裝置A淡黃色固體為過氧化鈉，和水反應制取氧氣，銅氧氣和硫酸反應生成硫酸銅和水；
（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銅離子溶液呈藍色，對觀察指示終點顏色有干擾，含有Cu²⁺、H⁺的混合溶液中，當以甲基橙為指示劑用標準氫氧化鈉溶液進行滴定時，可以有效排除Cu²⁺干擾．

解答 解：（1）①試管Ⅰ中發(fā)生的反應是銅和濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應的化學方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，Cu只能與濃硫酸在加熱條件下反應，而與稀硫酸不反應，隨著反應的進行，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；隨著反應的進行，濃硫酸逐漸變稀，水逐漸增多，稀硫酸和銅不反應，反應停止；
②裝置C收集二氧化硫，裝置D進行尾氣處理，為防止倒吸，裝置C中導管應該長進短出，
故答案為：裝置C中導管應該長進短出；
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)溶解的原因為：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，
故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
（2）①測定SO₂的量必須準確測定無氣體損耗，實驗操作簡單易行；
A、將裝置產生的氣體緩緩通過預先稱量過盛有堿石灰的干燥管，結束反應后再次稱量，由于氣體中含有水蒸氣，堿石灰會吸收二氧化硫和水蒸氣，稱量后計算不準確，故A不可行；
B、將裝置A產生的氣體緩緩通入足量的硫酸酸化的KMnO₄溶液，再加入足量BaCl₂溶液，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀．過程中沉淀的質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，用排水法測定裝置A產生氣體的體積不準確，故C不可行；
D、用排飽和NaHSO₃溶液的方法測出裝置A產生氣體的體積，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滴定實驗測定物質的含量，需要做到準確量取液體的體積，用滴定管可以解決，準確判斷反應的終點，測定余酸的物質的量濃度，用標準氫氧化鈉溶液進行滴淀，因為在含有Cu²⁺、H⁺的混合溶液中，當以甲基橙為指示劑用標準氫氧化鈉溶液進行滴定時，可以有效排除Cu²⁺干擾，準確測出H⁺的物質的量，[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，銅離子溶液呈藍色，對觀察指示終點顏色有干擾，不能指示反應的終點判斷，所以不能通過測出消耗NaOH溶液的體積來求余酸的物質的量的濃度]，
故答案為：“能”[或“否”]；因為在含有Cu²⁺、H⁺的混合溶液中，當以甲基橙為指示劑用標準氫氧化鈉溶液進行滴定時，可以有效排除Cu²⁺干擾，準確測出H⁺的物質的量[不能；銅離子溶液呈藍色會干擾滴定終點的正確判斷]．

點評 本題考查了濃硫酸的性質應用，反應產物的驗證、測定方法的設定和判斷，關鍵是產物中的二氧化硫的性質應用和含量測定，題目難度中等．