Question

5．某課外活動小組的同學(xué)，合作探究鋅與氧化性酸的反應(yīng)
（i）甲組研究鋅與濃硫酸的反應(yīng)．有同學(xué)認(rèn)為產(chǎn)生的氣體除SO₂外，還可能產(chǎn)生氫氣．該同學(xué)為了檢驗他的判斷是否正確，設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，其中，裝置B中盛有濃硫酸，裝置C中放置黑色CuO粉末，裝置D中放置的是無水硫酸銅粉末（鋅與濃硫酸共熱時產(chǎn)生氣體為X，且該裝置略去）．試回答：

（1）上述反應(yīng)中生成二氧化硫的化學(xué)方程式為Zn+2H₂SO₄ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O
（2）A中加入的試劑可能是品紅溶液
（3）E中加入的試劑是堿石灰，作用是防止空氣中的水蒸氣進入D中，干擾檢驗
（4）裝置A、B之間的酸性高錳酸鉀溶液的作用是除去氣體X中的SO₂
（5）可以證明氣體X中含有氫氣的實驗現(xiàn)象是黑色粉末（CuO）變成紅色光亮的物質(zhì)，D中白色粉末變成藍色晶體
（ii）乙組同學(xué)研究鋅與硝酸的反應(yīng)
（1）該組同學(xué)發(fā)現(xiàn)當(dāng)硝酸的濃度極低時，反應(yīng)無氣體產(chǎn)生．當(dāng)鋅與硝酸消耗的物質(zhì)的量之比為2：5，還原產(chǎn)物只有一種，則硝酸的還原產(chǎn)物為NH₄NO₃或N₂O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Zn+10HNO₃=4Zn（NO₃）₂+NH₄NO₃+3H₂O或4Zn+10HNO₃=4Zn（NO₃）₂+N₂O↑+5H₂O
（2）該組同學(xué)對比不同濃度的硝酸與鋅反應(yīng)產(chǎn)物的不同，可以發(fā)現(xiàn)硝酸濃度越高，產(chǎn)物中氮元素價態(tài)越高．

Answer 1

分析 （i）濃硫酸具有強氧化性，金屬鋅具有還原性，Zn與濃H₂SO₄反應(yīng)生成硫酸鋅、二氧化硫和水，反應(yīng)的方程式為：Zn+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O，隨反應(yīng)進行，濃硫酸變?yōu)橄×蛩�，Zn與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅與氫氣．裝置A的作用為檢驗氣體X中有二氧化硫，通常使用品紅溶液；酸性高錳酸鉀溶液除去二氧化硫，B裝置吸收水蒸氣，C中氫氣與CuO發(fā)生置換反應(yīng)，D中硫酸銅吸水，根據(jù)C固體顏色變化或D中硫酸銅顏色變化，判斷是否有氫氣生成，E中可以盛放堿石灰，防止空氣中水蒸氣加入D中．
（ii）（1）反應(yīng)中硝酸其氧化劑、酸性作用，假設(shè)起酸性作用的硝酸生成硝酸鋅，其余的硝酸全部起氧化劑作用，令Zn為2mol、硝酸為5mol，根據(jù)Zn原子守恒計算硝酸鋅的物質(zhì)的量，進而計算其酸性作用的硝酸，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算還原產(chǎn)物中N元素化合價，進而判斷還原產(chǎn)物，書寫化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)（1）的信息可知，硝酸濃度越高，產(chǎn)物中氮元素價態(tài)越高．

解答 解：（i）（1）濃硫酸具有強氧化性，金屬鋅具有還原性，Zn與濃H₂SO₄反應(yīng)生成硫酸鋅、二氧化硫和水，反應(yīng)的方程式為：Zn+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：Zn+2H₂SO₄ （濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）A裝置的作用是檢驗二氧化硫的存在，二氧化硫能漂白品紅，所以通過品紅溶液褪色檢驗SO₂的存在，
故答案為：品紅溶液；
（3）可以根據(jù)D中硫酸銅吸水，由白色粉末變成藍色晶體，判斷有氫氣生成，E中堿石灰吸收空氣中的水蒸氣，防止空氣中的水蒸氣進入D中，干擾檢驗，
故答案為：防止空氣中的水蒸氣進入D中，干擾檢驗；
（4）A、B裝置之間的酸性高錳酸鉀溶液用于除去氣體X中的二氧化硫氣體，
故答案為：除去氣體X中的SO₂；
（5）C中氫氣與氧化銅在加熱條件下反應(yīng)生成銅和水，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：H₂+CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H₂O，黑色CuO變成紅色的Cu，D中水和無水硫酸銅反應(yīng)生成藍色的五水合硫酸銅，白色粉末變?yōu)樗{色，證明氣體X中含有H₂的實驗現(xiàn)象是：C中黑色CuO變成紅色的Cu；D中白色粉末變成藍色晶體，
故答案為：黑色粉末（CuO）變成紅色光亮的物質(zhì)，D中白色粉末變成藍色晶體；
（ii）（1）反應(yīng)中硝酸其氧化劑、酸性作用，假設(shè)起酸性作用的硝酸生成硝酸鋅，其余的硝酸全部起氧化劑作用，令Zn為2mol、硝酸為5mol，根據(jù)Zn原子守恒，生成硝酸鋅為2mol，設(shè)N元素在還原產(chǎn)物中的化合價為a，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有：2mol×2=（5mol-2mol×2）×（5-a），解得a=1，故還原產(chǎn)物為NH₄NO₃或N₂O，該反應(yīng)方程式為：4Zn+10HNO₃=4Zn（NO₃）₂+NH₄NO₃+3H₂O或4Zn+10HNO₃=4Zn（NO₃）₂+N₂O↑+5H₂O，
故答案為：NH₄NO₃或N₂O；4Zn+10HNO₃=4Zn（NO₃）₂+NH₄NO₃+3H₂O或4Zn+10HNO₃=4Zn（NO₃）₂+N₂O↑+5H₂O；
（2）根據(jù)（1）中當(dāng)硝酸的濃度極低時，反應(yīng)無氣體產(chǎn)生，可知硝酸濃度越高，產(chǎn)物中氮元素價態(tài)越高，
故答案為：高．

點評 本題考查鋅和濃硫酸的反應(yīng)產(chǎn)物的探究檢驗、氧化還原反應(yīng)有關(guān)計算，題目難度中等，（i）關(guān)鍵是理解氣體檢驗原理，（ii）中注意利用電子轉(zhuǎn)移守恒與假設(shè)法判斷還原產(chǎn)物，難度中等．