Question

2．某化学课外兴趣小组探究铜与浓硫酸的反应情况及某些产物的性质．
（Ⅰ）甲、乙两同学进行了下列实验：取一定量的铜片和20mL 18mol/L的浓硫酸放在圆底烧瓶中共热，直至反应完毕，最后发现烧瓶中还有铜片剩余，同时根据所学的知识认为还有较多硫酸剩余．
（1）铜与浓硫酸反应的化学方程式是：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．可以证明有余酸的实验方案是ad（填字母）．
a．再加入适量NaNO₃固体   b．再滴入BaCl₂溶液    c．再加入银    d．再滴入Na₂CO₃溶液
（2）甲同学设计求余酸浓度的实验方案是测定产生气体的量．下列方案中不可行的是ac（填字母）．
a．将产生的气体缓缓通过预先称量的盛有碱石灰的干燥管，反应结束后再次称量
b．将产生的气体缓缓通入酸性高锰酸钾溶液，再加入足量BaCl₂溶液，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀
c．用排水法测定其产生气体的体积（折算成标准状况）
d．用排饱和NaHSO₃溶液的方法测出其产生气体的体积（折算成标准状况）
（3）乙同学设计测定余酸浓度的实验方案是：测定反应后的混合液中Cu²⁺的量．在反应后的溶液中加入足量Na₂S溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀的质量为W g，测得反应后溶液的体积为V mL．则剩余硫酸的物质的量浓度为$\frac{0.36-\frac{W}{48}}{V{×10}^{-3}}$mol/L（用含W、V的代数式表示）．
（Ⅱ）丙同学探究SO₂与BaCl₂溶液能否反应生成白色BaSO₃沉淀．
丙同学先将产生的气体通过盛有饱和NaHSO₃溶液的洗气瓶，再缓缓通入BaCl₂溶液中，观察到有少量白色沉淀生成，检验白色沉淀，发现沉淀全部不溶于稀盐酸，该沉淀的生成表明SO₂具有还原性性．用一个离子方程式解释生成此沉淀的原因2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺．

Answer 1

分析 （Ⅰ）（1）铜与浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫气体和水；证明硫酸有剩余，需要证明溶液中有剩余的氢离子，根据硝酸根离子在酸性条件下具有强氧化性及氢离子能与碳酸盐反应进行分析；
（2）碱石灰能吸收二氧化硫和水；二氧化硫易溶于水，不能使用排水法测量气体体积；
（3）Cu²⁺与S^2-反应生成黑色沉淀CuS，根据n=$\frac{m}{M}$计算出硫化铜的物质的量，从而得出铜离子的物质的量，再结合反应方程式计算出消耗硫酸的物质的量，然后根据硫酸的总物质的量计算出反应后溶液中硫酸的物质的量，最后根据c=$\frac{n}{V}$计算出剩余硫酸的浓度；
（Ⅱ）该白色沉淀为硫酸钡，说明二氧化硫被氧化成硫酸根离子，据此写出反应的离子方程式，证明了二氧化硫具有还原性．

解答 解：（Ⅰ）（1）在加热条件下，铜与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫气体和水，反应方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
硝酸根离子在酸性溶液中具有强氧化性，能够氧化金属铜，加入硝酸钠后，溶液中铜会继续溶解，则证明溶液中含有剩余的氢离子；即使没有余酸溶液中也有硫酸根离子，能与氯化钡反应生成沉淀，所以氯化钡溶液无法判断硫酸是否有剩余；稀硫酸与银不反应；氢离子能与碳酸盐反应，若有能使澄清的石灰水变浑浊的气体生成，则说明有余酸，所以ad正确，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；ad；
（2）碱石灰能吸收二氧化硫和水，故不能测出二氧化硫的质量；二氧化硫易溶于水，不能用排水法测体积，所以不可行的方案为ac，
故答案为：ac；
（3）Cu²⁺与S^2-反应生成黑色沉淀：Cu²⁺+S^2-=CuS↓，则生成CuS的物质的量为：$\frac{Wg}{96g/mol}$=$\frac{W}{96}$mol，根据反应Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O可知，反应消耗的硫酸的物质的量为：$\frac{W}{96}$mol×2=$\frac{W}{48}$mol，
20mL 18mol/L的浓硫酸中含有硫酸的物质的量为：18mol/L×0.02L=0.36mol，反应后的溶液中剩余硫酸的物质的量为：0.36mol-$\frac{W}{48}$mol，则剩余硫酸的物质的量浓度为：c=$\frac{0.36mol-\frac{W}{48}mol}{V×1{0}^{-3}L}$=$\frac{0.36-\frac{W}{48}}{V{×10}^{-3}}$ mol/L，
故答案为：$\frac{0.36-\frac{W}{48}}{V{×10}^{-3}}$；
（Ⅱ）先将产生的气体通过盛有饱和NaHSO₃溶液的洗气瓶，再缓缓通入BaCl₂溶液中，观察到有少量白色沉淀生成，检验白色沉淀，发现沉淀全部不溶于稀盐酸，说明生成的沉淀为BaSO₄，发生反应为：2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺，证明了二氧化硫具有还原性，
故答案为：还原；2Ba²⁺+2SO₂+O₂+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺．

点评 本题考查了浓硫酸的化学性质、性质实验方案的设计，题目难度中等，明确实验目的为解答关键，注意掌握性质实验方案的设计原则及浓硫酸的性质，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．