Question

濃硫酸在高中化學實驗中有著很重要的作用
（1）①銅與濃硫酸反應實驗時，發現試管底部有白色固體并夾雜有少量黑色固體。倒去試管中的濃硫酸，將剩余固體（含少量濃硫酸）倒入盛有少量水的燒杯中，發現所得溶液為藍色，黑色固體未溶解。過濾、洗滌后，向黑色固體中加入過量濃硝酸，黑色固體溶解，溶液呈藍色，所得溶液加BaCl₂溶液后有白色沉淀生成。則黑色固體中含有________元素。
②實驗室利用濃硫酸分別與氯化鈉固體和碘化鉀固體加熱反應制取所需物質，分析這兩個反應中濃硫酸作用的異同點：_________________________________ 。
（2）探究濃硫酸的吸水性。某同學把98%的硫酸10mL和63.3%的硫酸（用10mL 98%的硫酸與10mL水配成）約20mL分別放入兩個相同的大表面皿中，根據室溫環境下實驗的數據繪成的曲線如圖。由右圖曲線你能得到的實驗結論有哪些？（寫兩點）______、_______________。

（3）苯與濃硝酸、濃硫酸制硝基苯的實驗中，三種原料混合的順序是_____________；要得到純凈的硝基苯，需經過：水洗 → 5％NaOH溶液洗滌 → 水洗 → 無水CaCl₂干燥→________（填寫操作），得到純硝基苯。
（4）探究濃硫酸在生成乙酸乙酯反應中的作用。
問題提出：濃硫酸存在條件下酯化反應是否進行得更快。
設計實驗：____________________。實驗現象：___________________ 。
（5）濃硫酸與蔗糖反應的演示實驗裝置修改如下：實驗時在大試管中先放入2g細小顆粒的蔗糖，滴加2—3滴碳酸鈉濃溶液，再加入1.5mL 98%的濃硫酸，迅速塞緊帶干燥管的單孔橡皮塞。可以看到，蔗糖迅速變黑，體積急劇膨脹，形成多孔海綿狀固體物質——“黑面包”。分析實驗效果更加明顯的原因：____________________________________________________ 。

（6）苯分子等芳香烴化合物里的氫原子被硫酸分子里的磺酸基（—SO₃H）所取代的反應，稱為磺化反應。濃硫酸有時也用SO₃代替濃硫酸，其優點是____________________、__________________。（至少寫出兩點）
用濃硫酸吸收SO₃可得發煙硫酸（H₂SO₄·SO₃）。某化工廠用1.5m³ 98.3%的濃硫酸（密度為1.84g/mL）吸收SO₃形成發煙硫酸，再與水混合，可得到95%的硫酸（密度為1.79g/mL）________m³（保留2位小數）。

Answer 1

（1）Cu、S；相同點均為難揮發性的酸，不同點后者還有強氧化性。
（2）98%硫酸和63.3%硫酸都具有吸水性； 98%硫酸吸水能力比63.3%硫酸強（吸水速度快、吸水量大）
（3）在濃硝酸中慢慢注入濃硫酸，搖勻冷卻，在混合酸中慢慢滴入苯，使其混合均勻；蒸餾
（4）比較有、無濃硫酸存在條件下酯化反應進行的快慢；相同時間內有濃硫酸的反應收集到的油狀物較多，無濃硫酸存在的反應幾乎收集不到油狀物。
（5）碳酸鈉與濃硫酸反應及濃硫酸遇水均是放熱過程，使體系溫度升高，同時濃硫酸與碳酸鈉反應產生二氧化碳使脫水后生成的炭更加疏松多孔。
（6）磺化時不生成水，廢液少、反應快，三氧化硫用量可接近理論量。3.49 。

試題分析：
（1）①向黑色固體中加入過量濃硝酸，黑色固體溶解，溶液呈藍色，證明溶液中含有Cu元素；向所得溶液加BaCl₂溶液后有白色沉淀生成。證明溶液中含有SO₄^2-，則又黑色固體中含有S元素。因此該固體中含有Cu、S量元素。
②濃硫酸與兩種物質發生的反應為2NaCl+H₂SO₄(濃) Na₂SO₄+2HCl↑；2NaI+2H₂SO₄(濃) Na₂SO₄+2H₂O+SO₂↑+I₂。在這兩個反應中都利用了濃硫酸的難揮發性，不同的是后者還同時利用了它的強氧化性。
（2）由圖中曲線能得到的實驗結論有98%的硫酸和63.3%的硫酸都有吸水性；98%硫酸吸水能力比63.3%硫酸強；相同的時間98%的硫酸吸水量大；吸水相同量時98%的硫酸消耗時間短。
（3）在苯與濃硝酸、濃硫酸制硝基苯的實驗中，酸的混合時與濃硫酸的稀釋相似，即先加入密度小的物質，再加入密度大的物質。由于兩種酸混合時放出大量的熱，而苯的沸點較低，因此要等酸混合液冷卻后再加入苯。故三種原料混合的順序是在濃硝酸中慢慢注入濃硫酸，搖勻冷卻，在混合酸中慢慢滴入苯，使其混合均勻；制得的硝基苯中含有硫酸、硝酸、水。要得到純凈的硝基苯，需經過水洗(除去大量的酸) → 5％NaOH溶液洗滌(中和剩余殘留的少量的酸) → 水洗(除去表面的鹽離子) → 無水CaCl₂干燥(吸水)→最后蒸餾即可。
（4）設計實驗：在兩只相同的試管中分別加入等體積的無水乙酸、乙醇，然后向其中的一個試管中加入5ml的濃硫酸，把導氣管通到盛有飽和Na₂CO₃溶液的試管中，要始終保持導氣管管口在液面以上，給試管加熱。觀察在盛有飽和Na₂CO₃溶液的試管液面上油狀物的多少及氣味，比較有、無濃硫酸存在條件下酯化反應進行的快慢；結果發現：相同時間內有濃硫酸的反應收集到的油狀物較多，無濃硫酸存在的反應幾乎收集不到油狀物。結論：濃硫酸存在條件下酯化反應進行得更快。濃硫酸在該反應中起催化劑、吸水劑的作用。
（5）碳酸鈉與濃硫酸反應是放熱反應；濃硫酸遇水也是個放熱過程，這會使體系溫度升高，溫度升高，濃硫酸的氧化性增強，溫度升高，化學反應速率加快；同時濃硫酸與碳酸鈉反應產生二氧化碳可以使脫水后生成的炭更加疏松多孔。因此實驗效果更明顯。
（6）用SO₃代替濃硫酸，可以減少水的產生，反應速率快，廢物少.由發煙硫酸的化學式及元素在稀釋過程在守恒可得：2×{(1.84×1.5×10⁶×98.3%)÷98}=(1.79V×10⁶×95%)÷98.整理可得V=3.49。