Question

10．为研究铜与浓硫酸的反应，某化学兴趣小组进行如下实验．
实验I：反应产物的定性探究，按如图装置（固定装置已略去）进行实

（1）A装置的试管中发生反应的化学方程式是Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；F装置的烧杯中发生反应的离子方程式是SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；B装置中的现象是白色粉末变蓝色．
（2）实验过程中，能证明浓硫酸中硫元素的氧化性强于氢元素的现象是D装置中黑色固体颜色无变化，E装置中溶液褪色．
（3）实验结束时，撤去所有酒精灯之前必须完成的实验操作是拉起铜丝，关闭K₁，K₂．
（4）实验结束后，证明A装置试管中反应所得产物是否含有铜离子，需将溶液稀释，操作方法是将A装置中冷却的混合溶液沿烧杯内壁缓缓倒入盛水的烧杯中，并不断搅拌，观察是否有蓝色出现．
实验Ⅱ：反应产物的定量探究
（5）在铜与浓硫酸反应的过程中，发现有黑色物质出现，且黑色物质为Cu₂S．产生Cu₂S的反应为aCu+bH₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$cCu₂S+dCuSO₄+e H₂O，则a：b=5：4．
（6）为测定硫酸铜的产率，将该反应所得溶液中和后配制成250.00mL溶液，取该溶液25.00mL加入足量KI溶液中振荡，生成的I₂恰好与20.00mL  0.30mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液反应，若反应消耗铜的质量为6.4g，则硫酸铜的产率为60%．  （已知2Cu²⁺+4I^-=2CuI+I₂，2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-）【注：硫酸铜的产率指的是硫酸铜的实际产量与理论产量的比值】

Answer 1

分析 加热条件下，Cu和浓硫酸发生氧化还原反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，水具有挥发性，温度越高挥发性越强，所以生成的二氧化硫中含有水蒸气，水蒸气能使无水硫酸铜变蓝色；浓硫酸具有吸水性，能干燥二氧化硫气体；氢气具有还原性，能将黑色的氧化铜粉末还原为红色Cu；二氧化硫具有漂白性，能使品红溶液褪色；二氧化硫属于酸性氧化物且有毒，不能直接排空，可以用碱性溶液吸收，
（1）铜与浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫和水；二氧化硫和NaOH反应生成亚硫酸钠和水；无水硫酸铜检验水蒸气；
（2）实验过程中，要证明浓硫酸中硫元素的氧化性强于氢元素，只要证明生成的气体中含有二氧化硫不含氢气即可；
（3）实验结束时，撤去所有酒精灯之前要防止倒吸；
（4）铜离子在水溶液中呈蓝色，根据溶液颜色判断是否含有铜离子；
（5）根据转移电子及原子守恒配平方程式，从而确定a、b关系；
（6）根据2Cu²⁺+4I^-=2CuI+I₂、S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-得2Cu²⁺～I₂～S₂O₃^2-，根据铜离子和硫代硫酸根离子之间的关系式计算．

解答 解：（1）铜与浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，则A装置的试管中发生反应的化学方程式是Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；二氧化硫属于酸性氧化物，和NaOH反应生成亚硫酸钠和水，离子反应方程式为  SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；水具有挥发性，升高温度促进其挥发，所以生成的气体中含有水蒸气，水蒸气能使无水硫酸铜由白色变为蓝色，所以B装置中的现象是：白色粉末变蓝色，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；白色粉末变蓝色；
（2）证明浓硫酸中硫元素的氧化性强于氢元素，利用元素化合价变化生成的产物分析判断，若生成氢气，D装置会黑色变化为红色，若生成二氧化硫E装置中品红会褪色，所以证明浓硫酸中硫元素的氧化性强于氢元素的实验现象是，D装置中氧化铜黑色不变化，说明无氢气生成，E装置中品红试液褪色说明生成了二氧化硫气体，
故答案为：D装置中黑色固体颜色无变化，E装置中溶液褪色；
（3）实验结束时，拉起铜丝，撤去所有酒精灯之前必须完成的实验操作是关闭K₁，K₂，防止CE中的溶液倒吸，炸裂玻璃管，
故答案为：拉起铜丝，关闭K₁，K₂；
（4）验证生成的溶液中含有铜离子，需要把试管中的液体倒入水中溶解，观察是否出现蓝色溶液，将A装置中冷却的混合溶液沿烧杯内壁缓缓倒入盛水的烧杯中，并不断搅拌，出现蓝色溶液证明含有铜离子，
故答案为：将A装置中冷却的混合溶液沿烧杯内壁缓缓倒入盛水的烧杯中，并不断搅拌，观察是否有蓝色出现；
（5）aCu+bH₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$cCu₂S+dCuSO₄+e H₂O中，Cu元素化合价由0价变为+1价、+2价、S元素化合价由+6价变为-2价，转移电子数为6，根据转移电子守恒及原子守恒配平方程式为：5Cu+4H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu₂S+3CuSO₄+4H₂O，所以a：b=5：4，
故答案为：5：4；
（6）根据2Cu²⁺+4I^-=2CuI+I₂、2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-得2Cu²⁺～I₂～2S₂O₃^2-，
设制得的溶液中硫酸铜的物质的量浓度为xmol/L，
2Cu²⁺～I₂～2S₂O₃^2-，
2mol       2mol
0.025xmol  （0.3×0.02）mol
2mol：2mol=0.025xmol：（0.3×0.02）mol
x=$\frac{2×（0.3×0.02）}{2×0.025}$=0.24mol/L，
则250mL溶液中n（Cu²⁺）=0.24mol/L×0.25L=0.06mol，参加反应的n（Cu）=$\frac{6.4g}{64g/mol}$=0.1mol，
则硫酸铜的产率=$\frac{0.06mol}{0.1mol}$=60%，
故答案为：60%．

点评 本题以浓硫酸和铜的反应为载体考查性质实验方案设计，涉及气体制取、气体检验、反应方程式的配平、方程式的计算等知识点，综合性较强，明确反应原理及基本操作是解本题关键，知道二氧化硫、氢气的检验方法及顺序，题目难度中等．