Question

為研究銅與濃硫酸的反應，某化學興趣小組進行如下實驗．
實驗Ⅰ反應產物的定性探究
按如圖裝置（固定裝置已略去）進行實驗

（1）F燒杯中的溶液是

 

．
（2）實驗過程中，能證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素的現象是

 

．
（3）實驗結束時，撤去所有酒精燈之前必須完成的實驗操作是

 

．
（4）實驗結束后，證明A裝置試管中反應所得產物是否含有銅離子的操作方法是

 

．
（5）為說明濃硫酸中的水會否影響B裝置現象的判斷，還須進行一次實驗．實驗方案為

 

．
實驗Ⅱ反應產物的定量探究
（6）在銅與濃硫酸反應的過程中，發現有黑色物質出現，經查閱文獻獲得下列資料．
資料1：

硫酸/mol?L-1	黑色物質出現的溫度/℃	黑色物質消失的溫度/℃
15	約150	約236
16	約140	約250
18	約120	不消失

資料2：X射線晶體分析表明，銅與濃硫酸反應生成的黑色物質為Cu₂S、CuS、Cu₇S₄中的一種或幾種．
僅由上述資料可得出的正確結論是

 

．
a．銅與濃硫酸反應時所涉及的反應可能不止一個
b．硫酸濃度選擇適當，可避免最后產物中出現黑色物質
c．該反應發生的條件之一是硫酸濃度≥15mol?L^-1
d．硫酸濃度越大，黑色物質越快出現、越難消失
（7）為測出硫酸銅的產率，將該反應所得溶液中和后配制成250.00mL溶液，取該溶液25.00mL加入足量KI溶液振蕩，以淀粉溶液為指示劑，用b mol?L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定生成的I₂，3次實驗平均消耗該Na₂S₂O₃溶液V mL．若反應消耗銅的質量為ag，則硫酸銅的產率為

 

．
（已知：2Cu²⁺+4I^-=2CuI+I₂，2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-）

Answer 1

分析：（1）裝置中會生成二氧化硫污染性氣體，不能排放到空氣中，需要用氫氧化鈉溶液吸收；
（2）證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素，利用元素化合價變化生成的產物分析判斷，若生成氫氣，D裝置會黑色變化為紅色，若生成二氧化硫E裝置中品紅會褪色分析；
（3）從裝置防止液體倒吸分析判斷；
（4）驗證生成的溶液中含有銅離子，需要把試管中的液體倒入水中溶解，觀察是否出現藍色溶液分析判斷；
（5）說明濃硫酸中的水是否影響B裝置現象的判斷進行的實驗是，利用裝置中銅不與濃硫酸接觸反應，觀察B裝置是否變藍分析；
（6）圖表數據分析銅和濃硫酸反應過程中會生成黑色物質證明有副反應，濃度合適會避免黑色固體出現，濃度越大，溫度越高黑色越難消失；
（7）依據滴定反應過程中銅離子和Na₂S₂O₃的定量關系計算反應的銅離子物質的量，換算250ml中銅離子物質的量，依據產率概念計算，是利用反應生成的銅的物質的量除以原來銅的物質的量得到硫酸銅的產率．

解答：解：（1）裝置中是銅和濃硫酸加熱反應生成的氣體中含有二氧化硫，二氧化硫是污染性的氣體，不能排放到空氣中，需要最后用氫氧化鈉溶液吸收，
故答案為：氫氧化鈉溶液；
（2）證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素，利用元素化合價變化生成的產物分析判斷，若生成氫氣，D裝置會黑色變化為紅色，若生成二氧化硫E裝置中品紅會褪色，所以證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素的實驗現象是，D裝置中氧化銅黑色不變化，說明無氫氣生成，E裝置中品紅試液褪色說明生成了二氧化硫氣體，
故答案為：D裝置中黑色固體顏色無變化，E裝置中溶液褪色；
（3）實驗結束時，撤去所有酒精燈之前必須完成的實驗操作是關閉K₁，K₂，防止CE中的溶液倒吸，炸裂玻璃管，故答案為：關閉K₁，K₂；
（4）驗證生成的溶液中含有銅離子，需要把試管中的液體倒入水中溶解，觀察是否出現藍色溶液，將A裝置中冷卻的混合溶液沿燒杯內壁緩緩倒入盛水的燒杯中，并不斷攪拌，出現藍色溶液證明含有銅離子，
故答案為：將A裝置中冷卻的混合溶液沿燒杯內壁緩緩倒入盛水的燒杯中，并不斷攪拌；
（5）利用裝置中銅不與濃硫酸接觸反應，不放入銅絲反應，觀察B裝置是否變藍，若不變藍證明濃硫酸中的水不影響實驗，若無水硫酸銅出現變藍，說明濃硫酸中的水會影響實驗，
故答案為：使用上述裝置，不放入銅絲進行實驗，觀察無水硫酸銅是否變藍；
（6）依據圖表數據分析可知，濃度不同時出現黑色物質的時間隨濃度增大減小，濃度為18mol/L時生成的黑色物質不能消失；
a．分析過程可知．發生的反應過程中生成二氧化硫和硫酸銅的反應過程中有奇談反應發生生成黑色物質，銅與濃硫酸反應時所涉及的反應可能不止一個，故A符合；
b．圖表數據分析可知硫酸濃度選擇適當，可避免最后產物中出現黑色物質，故B符合；
c．濃硫酸和銅的反應濃度小于15mol/L也可能出現黑色物質，出現的時間長，該反應發生的條件不一定是硫酸濃度≥15mol?L^-1，故C不符合；
d．圖表數據中，18mol/L的濃硫酸，出現褐色物質的時間短，黑色物質難以消失，所以硫酸濃度越大，黑色物質越快出現、越難消失，故d符合；
故答案為：abd；
（7）2Cu²⁺+4I^-=2CuI+I₂，2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-，分析反應可知，Cu²⁺～I₂～22S₂O₃^2-，將該反應所得溶液中和后配制成250.00mL溶液，取該溶液25.00mL加入足量KI溶液振蕩，以淀粉溶液為指示劑，用b mol?L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定生成的I₂，3次實驗平均消耗該Na₂S₂O₃溶液V mL．若反應消耗銅的質量為ag，則生成硫酸銅的產率可以計算銅元素的產率即用銅元素物質的量計算產率，設25ml溶液中生成銅離子物質的量為x；
   2Cu²⁺～I₂～2S₂O₃^2-，
    2           2
    x           b mol?L^-1×V×10^-3L 
x=bV×10^-3mol
250ml溶液中銅離子物質的量=bV×10^-2mol；
硫酸銅的產率=

bV×10-2mol

ag 64g/mol

×100%=

64bV

a

%
故答案為；

64bV

a

%．

點評：本題考查了濃硫酸性質的分析判斷，實驗過程的設計方法，產物實驗驗證的設計方法和現象判斷，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．