Question

某研究性学习小组为研究Cu与浓硫酸的反应，设计如下实验探究方案(装置中的固定仪器和酒精灯均未画出)。

实验选用细铜丝、98.3% H₂SO₄、品红溶液、澄清石灰水、CCl₄、NaOH溶液等药品，铜丝被卷成螺旋状，一端没入浓硫酸中，另一端露置在液面上方。

以下是该学习小组部分交流记录及后续探究实验的记录。

材料一：小组交流摘录

学生1：加热前，无现象发生；加热后，液面下铜丝变黑，产生气泡，有细小黑色颗粒状物质从铜丝表面进入浓硫酸中，黑色物质是什么？值得探究！

学生2：加热后，我也观察到黑色颗粒状物质，后来逐渐转变为灰白色固体，我想该灰白色固体极有可能是未溶于浓硫酸的CuSO₄。

学生3：你们是否注意到液面以上的铜丝也发黑，而且试管上部内壁有少量淡黄色S固体凝聚，会不会液面以上的铜丝与硫发生了反应，我查资料发现：2Cu+SCu₂S(黑色)。

材料二：探究实验剪辑

实验1：将光亮的铜丝在酒精灯火焰上灼烧变黑，然后插入稀硫酸中，铜丝重新变得光亮，溶液呈蓝绿色；将光亮的铜丝置入加热的硫蒸气中变黑，然后插入稀硫酸中无变化。

实验2：截取浓硫酸液面上方变黑的铜丝，插入稀硫酸中无变化；将浓硫酸液面下方变黑的铜丝，插入稀硫酸，黑色明显变浅，溶液呈蓝绿色。

实验3：将溶液中的黑色颗粒状物质，经过滤、稀硫酸洗，蒸馏水洗、干燥后放入氧气流中加热，然后冷却，用电子天平称重发现质量减少10%左右。

根据上述材料回答下列问题：

(1)A试管上方的长导管的作用是________________________；D、E两支试管中CCl₄的作用是______________________。

(2)加热过程中，观察到A试管中出现大量白色烟雾，起初部分烟雾在试管上部内壁析出淡黄色固体物质，在持续加热浓硫酸(沸腾)时，淡黄色固体物质又慢慢地消失。写出淡黄色固体消失的化学反应方程式：__________________________________。

(3)对A试管中的浓硫酸和铜丝进行加热，很快发现C试管中品红溶液褪色，但始终未见D试管中澄清石灰水出现浑浊或沉淀。你的猜想是______________________________。

(4)根据上述研究，结合所学知识，你认为液面下方铜丝表面的黑色物质成分是__________(写化学式)。

Answer 1

(1)冷凝、回流  防止倒吸

(2)S+2H₂SO₄(浓)3SO₂↑+2H₂O

(3)SO₂溶解度较大，生成了Ca(HSO₃)₂溶液

(4)CuO、CuS、Cu₂S

解析：本实验的目的是检验铜与浓硫酸反应的产物。(1)长导管的作用是冷凝气体，D、E两支试管中CCl₄的作用是防止倒吸，因为产物中的SO₂、CO₂气体能被碱液完全吸收，容易产生倒吸现象；(2)出现的淡黄色固体只能是单质硫，消失的原因是被浓硫酸氧化；(3)中生成了Ca(HSO₃)₂而不出现沉淀；(4)依据材料二中几个实验可以推出结论。