Question

某学校课外活动小组针对教材中铜与浓硫酸反应，提出了“能够与铜反应的硫酸的最低浓度是多少？”的探究课题，并设计了如下方案进行实验：实验试剂：18mol/L硫酸20mL，纯铜粉足量，足量2mol/LNaOH溶液．
请根据实验回答问题：
（1）首先根据右图所示，组装实验装置，并在加入试剂前先进行

 

操作．
（2）烧杯中用NaOH溶液吸收的物质是

 

（填化学式），利用倒置的漏斗而不是将导气管直接伸入烧杯中的目的是：

 

．
（3）加热烧瓶20分钟，烧瓶中发生反应的化学方程式是：

 

．待烧瓶中反应基本结束，撤去酒精灯，利用烧瓶中的余热使反应进行完全．然后由导管a通入足量的空气，以确保烧瓶中的SO₂气体全部进入烧杯中．在该实验装置中的

 

 （填仪器名称）起到了确保硫酸溶液体积保持不变的作用．
（4）将充分反应后的烧杯取下，向其中加入足量的双氧水，再加入足量的BaCl₂溶液，再进行

 

、

 

、

 

后称量固体的质量为13.98g，请计算能与铜反应的硫酸的最低浓度是

 

．
（5）有同学提出在上面（4）中可以不必加入双氧水，直接进行后面的实验，也能得到准确的数据，请结合你的理解分析

 

（填“需要”或“不需要”）加入双氧水，说明原因：

 

．

Answer 1

分析：（1）装置是气体发生装置，需要在开始时检查装置的气密性；
（2）二氧化硫是污染性气体不能排放到空气中，需要用氢氧化钠溶液吸收，利用倒置的漏斗而不是将导气管直接伸入烧杯中是防止液体倒吸；
（3）烧瓶中是铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，装置中长导气管兼起导气冷凝的作用，使水蒸气冷凝回流；
（4）加入过氧化氢把亚硫酸钠氧化为硫酸钠，加入氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀，通过过滤、洗涤、干燥得到沉淀称量计算硫元素物质的量，依据硫元素守恒结合化学方程式计算需要反应的硫酸最低浓度；
（5）不加入过氧化氢，沉淀为亚硫酸钡和硫酸钡沉淀，不能计算硫元素物质的量，对实验产生误差．

解答：解：（1）实验装置是制备二氧化硫气体的发生装置，在实验前需要检验装置气密性，防止装置漏气影响实验，
故答案为：检验装置气密性；
（2）二氧化硫是污染性气体不能排放到空气中，需要用氢氧化钠溶液吸收，利用倒置的漏斗而不是将导气管直接伸入烧杯中是防止液体倒吸，
故答案为：SO₂；防倒吸；
（3）烧瓶中是铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：Cu+2H₂SO₄

△   .

CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，装置中长导气管兼起导气冷凝的作用，使水蒸气冷凝回流，起到了确保硫酸溶液体积保持不变的作用；
故答案为：Cu+2H₂SO₄

△   .

CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；长导管；
（4）加入过氧化氢把亚硫酸钠氧化为硫酸钠，加入氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀，通过过滤、洗涤、干燥得到沉淀，称量固体的质量为13.98g为硫酸钡沉淀，物质的量=

13.98g

233g/mol

=0.06mol，依据硫元素守恒，被氧化的硫酸为0.06mol，依据化学方程式可知，Cu+2H₂SO₄

△   .

CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，反应的硫酸物质的量为0.12mol，剩余硫酸物质的量=18mol/L×0.020L-0.12mol=0.24mol，剩余需要的最低浓度=

0.24mol

0.02L

=12mol/L，
故答案为：过滤；洗涤；干燥；12mol/L；
（5）不加入过氧化氢，沉淀为亚硫酸钡和硫酸钡沉淀，不能计算硫元素物质的量，所以需要加入过氧化氢，氧化亚硫酸钠为硫酸钠后，再进行沉淀称量计算，
故答案为：需要；在烧杯中生成的Na₂SO₃可能被部分氧化为Na₂SO₄，如果不加入双氧水而直接测定沉淀质量则无法确定S元素的物质的量，从而使实验结果错误．

点评：本题考查了浓硫酸性质的分析应用，实验设计方法的设计方法，掌握基础是解题关键，题目难度中等．