Question

某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)為驗(yàn)證濃硫酸與銅能反應(yīng)而稀硫酸不能，設(shè)計(jì)了如圖所示裝置進(jìn)行探究：將6.4 g銅片和含0.2 moL溶質(zhì)的18.4 mol/L濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，直到無(wú)氣體生成為止。（假定在此過(guò)程溶液體積不變）

（1）甲同學(xué)認(rèn)為要證實(shí)上述結(jié)論，還應(yīng)進(jìn)行稀硫酸與銅片混合加熱實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為有無(wú)必要，并說(shuō)明理由：________________
（2）下列試劑中能夠用來(lái)進(jìn)一步證明反應(yīng)結(jié)束后的燒瓶中確有余酸的是：_____

A．鐵粉

B．鈉

C．氯化鋇溶液

D．銀粉

（3）為定量測(cè)定余酸的物質(zhì)的量濃度，甲、乙兩位同學(xué)進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：
Ⅰ甲同學(xué)設(shè)想：在A裝置增加一個(gè)導(dǎo)管通氮?dú)怛?qū)趕氣體（假定生成的氣體全部逸出），先測(cè)定生成的SO₂的量，然后計(jì)算剩余硫酸的濃度。他設(shè)計(jì)了如下二種方案來(lái)測(cè)定SO₂的量：
方案① 將產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄈ胱懔坑孟×蛩崴峄�的KMnO₄溶液，再加入足量BaCl₂溶液，過(guò)濾、洗滌、干燥、稱(chēng)量沉淀。
方案② 將氣體緩緩?fù)ㄈ胱懔肯跛徜^溶液中，然后過(guò)濾、洗滌、干燥、稱(chēng)量沉淀。
經(jīng)仔細(xì)分析后，發(fā)現(xiàn)有不合理之處，請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下表(可以不填滿(mǎn)）：

序號(hào)	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(xué)生設(shè)計(jì)的方案是：分離出反應(yīng)后的溶液并加蒸餾水稀釋至1000 mL，取20.00 mL于錐形瓶中，滴入2～3滴酚酞指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液進(jìn)行滴定(已知?dú)溲趸�銅開(kāi)始沉淀的pH約為5)，這種方法能否求出余酸的濃度，理由是_______________________________________。
（4）請(qǐng)?jiān)僭O(shè)計(jì)其他可行的實(shí)驗(yàn)方案，來(lái)測(cè)定余酸的物質(zhì)的量濃度，簡(jiǎn)要寫(xiě)出操作步驟及需要測(cè)定的數(shù)據(jù)（不必計(jì)算，不必寫(xiě)操作細(xì)節(jié)）_____________________________________________________。

Answer 1

（1）無(wú)必要，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃硫酸變成稀硫酸，稀硫酸與銅不反應(yīng)。 （2）A
（3）I

方案序號(hào)	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(yīng)，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或碘水或硝酸溶液
方案②	－－	－－	－－

 
Ⅱ.不能，PH>5時(shí)，Cu²⁺會(huì)與堿反應(yīng)生成沉淀，不能達(dá)到滴定終點(diǎn)。
（4）方案一：①取反應(yīng)后溶液，向其中加入足量鋅；②收集并測(cè)定氫氣的體積；③通過(guò)氫氣量計(jì)算剩余硫酸的物質(zhì)的量濃度
方案二：反應(yīng)結(jié)束后將燒瓶中的銅片取出，洗凈、烘干，稱(chēng)其質(zhì)量即可
方案三：反應(yīng)結(jié)束后將燒瓶中的銅片取出，然后向溶液中加入足量氯化鋇溶液，過(guò)濾出沉淀，洗凈、干燥后稱(chēng)量。

解析試題分析：（1）開(kāi)始是能硫酸與Cu發(fā)生反應(yīng)：Cu＋2H₂SO₄(濃) CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O。隨著反應(yīng)的進(jìn)行。硫酸逐漸變稀。稀硫酸與銅片不發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)后的溶液中含有CuSO₄、H₂O及過(guò)量的H₂SO₄。要證明反應(yīng)結(jié)束后的燒瓶中確有余酸，A.加入Fe粉會(huì)發(fā)生反應(yīng)：CuSO₄＋Fe= FeSO₄＋Cu; H₂SO₄＋Fe= FeSO₄＋H₂↑.會(huì)有氣體產(chǎn)生，因此會(huì)冒出氣泡。正確。B.由于溶液中含有大量的水，無(wú)論酸是否有剩余，都會(huì)發(fā)生反應(yīng)：2Na+2H₂O=2NaOH＋H₂↑。因此不能證明酸剩余。錯(cuò)誤。C.溶液中含有CuSO₄，一定會(huì)發(fā)生反應(yīng)：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓。不能證明酸剩余。錯(cuò)誤。D.在金屬活動(dòng)性順序表中Ag位于H后面，不能把酸中的氫置換出來(lái)。錯(cuò)誤。因此選項(xiàng)為A。（3）I、方案①中KMnO₄溶液酸化是用的硫酸，因此在高錳酸鉀溶液中的SO₄^2-包括SO₂氧化產(chǎn)生的和外加的兩部分，這樣產(chǎn)生的硫酸鋇沉淀就偏多，導(dǎo)致剩余的硫酸偏少（或偏低）。改變的措施是采用其它的氧化劑如溴水或碘水或硝酸溶液等氧化SO₂，使其轉(zhuǎn)化為硫酸，再用氯化鋇溶液減小滴定。方案②設(shè)計(jì)合理、操作無(wú)誤。Ⅱ、用標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液滴定剩余硫酸時(shí)，由于在溶液中含有CuSO₄，用酚酞作指示劑，變色點(diǎn)為8，但氫氧化銅開(kāi)始沉淀的pH約為5。Cu²⁺也會(huì)與堿反應(yīng)生成沉淀，不能達(dá)到滴定終點(diǎn)。無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定剩余硫酸的物質(zhì)的量的多少。（4）其他可行的用來(lái)測(cè)定余酸的物質(zhì)的量濃度實(shí)驗(yàn)方案可以是方案一：①取反應(yīng)后溶液，向其中加入足量鋅；②收集并測(cè)定氫氣的體積；③通過(guò)H₂量計(jì)算剩余硫酸的物質(zhì)的量濃度。方案二：反應(yīng)結(jié)束后將燒瓶中的銅片取出，洗凈、在N₂的環(huán)境中烘干，稱(chēng)其質(zhì)量即可。方案三：反應(yīng)結(jié)束后將燒瓶中的銅片取出，然后向溶液中加入足量氯化鋇溶液，過(guò)濾出沉淀，洗凈、干燥后稱(chēng)量。根據(jù)反應(yīng)消耗的Cu的質(zhì)量科確定由CuSO₄產(chǎn)生的沉淀的質(zhì)量。進(jìn)而計(jì)算出剩余酸的物質(zhì)的量。在這三種方案中第三種方案可操作性更強(qiáng)，誤差更小。第二種方法中要在惰性氣體或N₂的環(huán)境中進(jìn)行不容易進(jìn)行。而第一種方法H₂的體積測(cè)量容易引起誤差，而且不容易換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下。容易產(chǎn)生誤差。
考點(diǎn)：考查實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)及誤差分析的知識(shí)。