Question

17．某化學課外興趣小組為探究銅跟濃硫酸的反應情況，設計了如圖所示裝置進行有關實驗：

（1）先關閉活塞a，將6.4g銅片和10mL 18mol/L的濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱至反應完成，發(fā)現(xiàn)燒瓶中還有銅片剩余．再打開活塞a，將氣球中的氧氣緩緩擠入圓底燒瓶，最后銅片完全消失．
①寫出上述過程中圓底燒瓶內發(fā)生反應的化學方程式：
打開活塞a之前Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
打開活塞a之后2Cu+2H₂SO₄+O₂=2CuSO₄+2H₂O．
②B是用來收集實驗中產生的氣體的裝置，但集氣瓶內的導管未畫全，請直接在圖上把導管補充完整．
（2）實際上，在打開活塞a之前硫酸仍有剩余．為定量測定余酸的物質的量，甲、乙兩學生進行了如下設計：
①甲學生設計的方案是：先測定銅與濃硫酸反應產生SO₂的量，再通過計算確定余酸的物質的量．他測定SO₂的方法是將裝置A產生的氣體緩緩通過裝置D，從而測出裝置A產生氣體的體積（已折算成標準狀況下）．你認為甲學生設計的實驗方案中D裝置中的試劑為飽和NaHSO₃（填化學式）．
②乙學生設計的方案是：將反應后的溶液冷卻后全部移入到燒杯中稀釋，并按正確操作配制100mL溶液，再取20mL于錐形瓶中，用甲基橙作指示劑，用標準氫氧化鈉溶液進行滴定[已知：Cu（OH）₂開始沉淀的pH約為5]，選擇該指示劑的理由為Cu（OH）₂開始沉淀的pH約為5，若用酚酞作指示劑時溶液中的Cu ²⁺會和NaOH反應，Cu（OH）₂的藍色會干擾滴定終點的正確判斷；再求出余酸的物質的量，若耗去a mol/L氫氧化鈉溶液b mL，則原余酸的物質的量為$\frac{5ab×1{0}^{-3}}{2}$mol（用含a、b的表達式來表示）．

Answer 1

分析 （1）①打開活塞a之前，濃硫酸和Cu在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應生成CuSO₄、SO₂和H₂O；打開活塞a后，Cu、O₂和稀硫酸反應生成CuSO₄和H₂O；
②依據(jù)實驗產生的氣體是二氧化硫與空氣的密度比較分析，確定收集實驗中產生的氣體的裝置中導氣管的位置；
（2）①用排水法測定SO₂的量必須做到不能在測量時損耗，需用飽和飽和亞硫酸氫鈉溶液；
②根據(jù)指示劑的顯色范圍為：甲基橙：紅-3.1-橙-4.4-黃，石蕊：紅-5-紫-8-藍，根據(jù)準確判斷反應終點分析判斷，若耗去a mol/L氫氧化鈉溶液b mL，根據(jù)H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O計算原余酸的物質的量，注意體積的變化．

解答 解：（1）①打開活塞a之前，濃硫酸和Cu在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應生成CuSO₄、SO₂和H₂O，反應方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
打開活塞a后，Cu、O₂和稀硫酸反應生成CuSO₄和H₂O，反應方程式為2Cu+2H₂SO₄+O₂=2CuSO₄+2H₂O，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；2Cu+2H₂SO₄+O₂=2CuSO₄+2H₂O；
②銅跟濃硫酸反應生成了二氧化硫氣體，二氧化硫密度比空氣大，可以用向上排氣法收集，所以裝置中的導氣管應長進短出，裝置圖為，
故答案為：；
（2）①測定SO₂的量必須準確測定無氣體損耗，用排水法測定裝置A產生氣體的體積，實驗方案中D裝置中的試劑應滿足不反應且在其中溶解度度較小，二氧化硫在飽和NaHSO₃溶液中的溶解度降低，所以可用排飽和NaHSO₃溶液的方法測出裝置A產生氣體的體積，
故答案為：飽和NaHSO₃；
②由于Cu（OH）₂開始沉淀的pH約為5，應選擇變色范圍接近的指示劑，以減小滴定誤差，故選擇甲基橙作指示劑，若用酚酞作指示劑時溶液中的Cu ²⁺會和NaOH反應，Cu（OH）₂的藍色會干擾滴定終點的正確判斷，
設余酸的物質的量為n，消耗NaOH的物質的量為：a mol/L×b×10-3 L=ab×10-3 mol，H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O
　1　　　　　2
n×$\frac{20}{100}$         ab×10-3 mol     n=$\frac{5ab×1{0}^{-3}}{2}$mol，

故答案為：甲基橙；Cu（OH）₂開始沉淀的pH約為5，若用酚酞作指示劑時溶液中的Cu²⁺會和NaOH反應，Cu（OH）₂的藍色會干擾滴定終點的正確判斷； $\frac{5ab×1{0}^{-3}}{2}$．

點評 本題以銅和濃硫酸反應實驗為載體考查性質實驗方案設計，涉及實驗方案的設計與評價、化學方程式的書寫等知識點，明確實驗原理是解本題關鍵，難點是實驗方案的評價，易錯點是化學用語的正確使用，題目難度中等．