Question

某化學課外興趣小組為探究銅跟濃硫酸的反應情況，用下圖所示的裝置先進行了有關實驗：

⑴B是用來收集實驗中產生氣體的裝置，但未將導管畫全，請將裝置圖補充完整。

⑵實驗中他們取6.4g銅片和12mL 18mol·L^－1濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，直到反應完畢，最后發現燒瓶中還有銅片剩余，該小組學生根據所學的化學知識認為還有一定量的硫酸剩余。

①請寫出銅與濃硫酸反應的化學方程式                

②為什么有一定量的余酸但未能使銅片完全溶解？你認為原因是              。

③下列試劑中能夠證明反應結束后的燒瓶中確有余酸的是       （填寫字母編號）

A．鐵粉      B．BaCl₂溶液       C．銀粉       D．Na₂CO₃溶液

（3）為了測定余酸的物質的量濃度，甲、乙兩位同學進行了如下設計:

①甲同學設計方案是：先測定銅與濃硫酸反應產生的SO₂的量,再計算余酸的物質的量濃度,他認為測定SO₂的量的方法有很多種,請問下列實驗方案中不可行的是      (填寫字母編號)

A：將裝置A產生的氣體緩緩通過預先稱量過的盛有堿石灰的干燥管,結束反應后再次稱量

B：將裝置A產生的氣體緩緩通入足量用稀硫酸酸化的高錳酸鉀溶液,再加入足量的氯化鋇溶液,過濾、洗滌、干燥,稱量沉淀

C：用排水法測定裝置A產生氣體的體積(已折算成標準狀況)

D：將裝置A產生的氣體緩緩通入足量的氫氧化鋇溶液(預先除去了溶解O₂),反應完全后,過濾、洗滌、干燥,稱量沉淀(隔絕空氣條件下)

②乙同學設計的方案是：在反應后的溶液中加蒸餾水稀釋至1000mL，取20mL于錐形瓶中，滴加2～3滴甲基橙指示劑，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)，通過測定出消耗NaOH溶液的體積來求余酸的物質的量濃度。假定反應前后燒瓶中溶液體積不變,你認為乙同學設計的實驗方案能否求得余酸的物質的量濃度          ,(填能或否)，其理由是                           。

(4)請你再設計一個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，并寫出相應的計算式。

Answer 1

（1）；（2）①Cu+2H₂SO₄==CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；②隨著反應的進行，濃硫酸被不斷消耗，生成水逐漸增多，濃硫酸逐漸變成稀硫酸，稀硫酸不能與銅反應。③AD（3）①A、B、C；②否。其理由是：水溶液中Cu²⁺呈藍色，導致無法通過溶液顏色變化判斷滴定終點。

（4）參考方案一：反應結束后將燒瓶中的銅片取出，洗凈、烘干，稱量的剩余銅的質量為mg。計算式為：c={[0.216-(6.4-m)÷32]÷0.012}mol/L。

參考方案二：反應結束后將燒瓶中的銅片取出，然后向溶液中加入足量的BaCl2溶液，過濾出沉淀，洗滌、干燥稱量沉淀質量為mg。計算式為：c=[(2m÷233-0.216)÷0.012]mol/L.

參考方案三：反應結束后,將燒瓶中銅片取出,然后向溶液中加入足量的NaOH溶液,過濾出沉淀,洗滌、干燥后稱量沉淀質量為mg.計算式為:c=[(0.216-m÷49)÷0.012]mol/L

解析:

⑴收集有毒氣體時只能在密閉條件下進行，并且用排空氣發收集，SO₂比空氣重，應用向上排空氣法進行收集，進氣導管要插到集氣瓶底部，且尾氣要用氫氧化鈉吸收，據此可補充完整裝置圖。

⑵濃硫酸與銅反應的化學方程式為：Cu+2H₂SO_4(濃)=CuSO₄+SO₂↑+2H₂O,本反應中有水生成,濃硫酸不斷消耗，因此，硫酸濃度會不斷降低，當變成稀硫酸時，銅就不能再繼續反應。

（3）A方案中沒有除去水蒸氣；B方案中雖然SO₂能被氧化成SO₄^2- ：2MnO₄^—+5SO₂+2H₂O=Mn²⁺+SO₄^2—+4H⁺，但酸化時加入的是H₂SO₄，產生的白色沉淀是由兩部分得來，沒有辦法計算SO₂是多少，故該方案也不可行；C方案用滴定方案看起來可行的，但滴定終點需要通過溶液的顏色變化判斷，該溶液呈蘭色，無法通過顏色變化確定滴定終點，故也不可行；只有D方案在題設條件下是可行的，但操作仍然比較困難。因此，出題者把更好的實驗方案留給了學生自己來發揮，即第（4）問，我們可以從測定銅片質量變化、測剩余在反應器中的SO₄^2—、測生成的Cu²⁺的物質的量等方面進行設計。