Question

4．无水CuSO₄在500℃以上按下式分解：CuSO₄→CuO+SO₃↑+SO₂↑+O₂↑，某同学为测定一定量的CuSO₄受热分解所产生的SO₃、SO₂、O₂的物质的量，从而通过计算来确定该条件下CuSO₄分解方程式中各物质的化学计量数．实验的主要仪器如下：

实验所测得数据及有关事项如下：
a．准确称取6.40g无水CuSO₄；            
b．装置C在实验结束时增重2.88g；
c．实验结束后，测量量筒中水的体积后，折算成排出水的气体的体积（标准状况下）为224mL．
（1）按装置从左至右的方向，各仪器接口的连接顺序为①③④⑥⑤②（用圆圈内数字表示，不重复使用）．
（2）实验前，还须向盛满水的D装置中通入O₂（所需的O₂另用其他方法制取）使之达到饱和，这样操作的目的是降低O₂在水中的溶解度，减少实验误差．
（3）假设CuSO₄完全分解且所有气体全被吸收或排出，通过题中所给的数据计算，CuSO₄完全分解所得SO₃的物质的量是0.02mol，该条件下无水CuSO₄分解的化学方程式是4CuSO₄$\frac{\underline{\;500℃以上\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑．
（4）若将A中分解所得的混合气直接导入一定量的NaOH溶液中，当酸性气体恰好完全被吸收，而仍有氧气逸出时，则溶液中离子浓度之间的关系可能为bcd（填序号）．
a、c（SO₄^2-）=c（SO₃^2-）                
b、c（OH^-）=c（H⁺）
c、c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）
d、c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）

Answer 1

分析 （1）根据气体的制备和收集按照发生装置→气体吸收装置→排水→测量装置来组装实验仪器；
（2）水中能够溶解部分氧气，会影响测定结果，故实验前向盛满水的D装置中通入O₂，使之达到饱和；
（3）根据n=$\frac{m}{M}$计算出样品硫酸铜的物质的量，根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算出分解生成氧气的物质的量；利用S原子守恒及二氧化硫、三氧化硫的总质量列式计算出二氧化硫和三氧化硫的物质的量，从而可得出硫酸铜与二氧化硫、三氧化硫、氧气的物质的量之比，最后据此写出反应方程式；
（4）二氧化硫和三氧化硫的物质的量相等，二者与氢氧化钠溶液恰好反应，反应后溶质可能为亚硫酸钠和硫酸钠的混合物，有可能为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物，结合盐的水解原理、电荷守恒判断溶液中可能出现的离子浓度大小．

解答 解：（1）气体的制备和收集按照发生装置→气体吸收装置→排水→测量装置来安装实验仪器，按从左至右的方向，先分解制备气体，通过碱石灰吸收二氧化硫、三氧化硫，然后利用排水量气法测定氧气的体积，则各仪器接口连接顺序为：①③④⑥⑤②，
故答案为：①③④⑥⑤②；
（2）水中能够溶解少量氧气，会引进误差，所以实验前向盛满水的D装置中通入O₂，使之达到饱和，可以降低O₂在水中的溶解度，减少实验误差，
故答案为：降低O₂在水中的溶解度，减少实验误差；
（3）准确称取6.40g无水CuSO₄，硫酸铜的物质的量为：$\frac{6.40g}{160g/mol}$=0.04mol，装置C在实验结束时增重的2.88g为二氧化硫和二氧化碳的物质的量，设分解产物中含有二氧化硫xmol，含有ymol三氧化硫，则：x+y=0.04mol、64x+80y=2.88，联立解得：x=y=0.02mol，即：分解的混合气体中含有二氧化硫和二氧化碳的物质的量都是0.02mol；实验结束后，测量量筒中水的体积后，折算成排出水的气体的体积（标准状况下）为224mL，说明分解生成氧气的物质的量为：$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，则反应中硫酸铜、三氧化硫、二氧化硫和氧气的物质的量之比为：0.04mol：0.02mol：0.02mol：0.01mol=4：2：2：1，所以该反应的化学方程式为：4CuSO₄$\frac{\underline{\;500℃以上\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑，
故答案为：0.02；4CuSO₄$\frac{\underline{\;500℃以上\;}}{\;}$4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑；
（4）产生的二氧化硫与三氧化硫的物质的量相等，当酸性气体恰好完全被吸收，而仍有氧气逸出时，说明二氧化硫没有完全被氧化，反应后溶质为硫酸钠、亚硫酸钠或硫酸钠、亚硫酸氢钠，
a．于溶液中二氧化硫没有完全反应，则一定满足c（SO₄^2-）＜c（SO₃^2-），故a错误；        
b．溶液中溶质为亚硫酸钠、硫酸钠和亚硫酸氢钠时，溶液中可能为中性，则：c（OH^-）=c（H⁺），故b正确；
c．反应后溶质为亚硫酸钠、硫酸钠的混合液时，亚硫酸根离子部分水解，溶液显示碱性，则满足：c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺），故c正确；
d．溶质为亚硫酸氢钠和硫酸钠时，亚硫酸氢根离子的水解程度大于其电离程度，则溶液呈酸性，此时满足：c（Na⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），故d正确；
故答案为：b、c、d．

点评 本题考查了探究物质组成、测量物质含量的方法，题目难度中等，涉及装置连接、化学方程式书写、离子浓度大小比较、化学计算等知识，明确实验目的为解答关键，试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力，（4）为易错点，需要明确反应后溶质组成．