Question

7．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．
經仔細分析后，發(fā)現有不合理之處，請?zhí)顚懕恚�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
方案②

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，銅離子與堿反應生成沉淀，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據（不必計算，不必寫操作細節(jié)）方案一：取反應后的溶液，向其中加入足量鋅，收集并測定氫氣的體積，通過氫氣的物質的量計算剩余硫酸的物質的量濃度；
方案二：反應結束后將燒瓶中的銅片取出，洗凈、烘干，稱其質量即可；
方案三：反應結束后將燒瓶中的銅取出，然后向溶液中加入足量氯化鋇溶液，過濾出沉淀，洗凈、干燥后稱量等．

Answer 1

分析 （1）隨著反應的進行，硫酸的濃度逐漸降低，如銅和硫酸都剩余，則可說明稀硫酸與銅不反應；
（2）如證明有硫酸剩余，可用鐵等金屬驗證；
（3）方案①中含有硫酸，會導致生成的硫酸鋇質量偏大，則二氧化硫的物質的量偏大，測定的剩余的硫酸的濃度偏低；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；乙學生設計的方案沒有排除硫酸銅的影響，因硫酸銅與氫氧化鈉反應生成沉淀，不能達到滴定終點；
（4）反應后銅和硫酸都剩余，可分別測量銅的質量或硫酸的濃度，可測量鐵與硫酸反應生成氫氣的體積或加入氯化鋇稱量生成硫酸鋇的質量來測量．

解答 解：（1）隨著反應的進行，硫酸的濃度逐漸降低，如銅和硫酸都剩余，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）隨著反應的進行硫酸逐漸變稀，稀硫酸與銅片不發(fā)生反應，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，
A．加入Fe粉會發(fā)生反應：CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu； H₂SO₄+Fe=FeSO₄+H₂↑，會有氣體產生，因此會冒出氣泡，可到達實驗目的，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；
故答案為：A；
（3）Ⅰ．方案①中含有硫酸，會導致生成的硫酸鋇質量偏大，則二氧化硫的物質的量偏大，測定的剩余的硫酸的濃度偏低，可將硫酸酸化的高錳酸鉀溶液換成溴水后碘水后硝酸溶液；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，
故答案為：

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后碘水后硝酸溶液
方案②	---	---	---

；
Ⅱ．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，由于溶液中有銅離子使溶液呈藍色，不能指示反應的終點判斷，且pH＞5時，銅離子與堿反應生成沉淀，不能達到滴定終點，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：不能，pH＞5時，銅離子與堿反應生成沉淀，不能達到滴定終點；
（4）反應后銅和硫酸都剩余，可分別測量銅的質量或硫酸的濃度，可測量鐵與硫酸反應生成氫氣的體積或加入氯化鋇稱量生成硫酸鋇的質量來測量，可設計方案如下：
方案一：取反應后的溶液，向其中加入足量鋅，收集并測定氫氣的體積，通過氫氣的物質的量計算剩余硫酸的物質的量濃度；
方案二：反應結束后將燒瓶中的銅片取出，洗凈、烘干，稱其質量即可；
方案三：反應結束后將燒瓶中的銅取出，然后向溶液中加入足量氯化鋇溶液，過濾出沉淀，洗凈、干燥后稱量等，
故答案為：方案一：取反應后的溶液，向其中加入足量鋅，收集并測定氫氣的體積，通過氫氣的物質的量計算剩余硫酸的物質的量濃度；
方案二：反應結束后將燒瓶中的銅片取出，洗凈、烘干，稱其質量即可；
方案三：反應結束后將燒瓶中的銅取出，然后向溶液中加入足量氯化鋇溶液，過濾出沉淀，洗凈、干燥后稱量等．

點評 本題考查性質方案的設計，題目難度中等，設計物質組成的測定、對實驗方案的理解評價、硫的化合物性質等，理解原理是解題的關鍵，注意基礎知識的掌握，試題有利于提高學生的分析能力及化學實驗能力．