Question

19．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）进行实验：

（1）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中溶液的红色褪去．
（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装置试管中所得产物中含有Cu²⁺的操作方法是将A装置中试管内冷却后的混合物沿杯壁（或玻璃棒）缓缓倒入盛有水的烧杯中，并不断搅拌，若溶液变蓝，证明含有Cu²⁺．
实验Ⅱ：反应产物的定量探究
（5）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，以淀粉溶液为指示剂，用0.36mol/L的Na₂S₂O₃溶液滴定生成的I₂，3次实验平均消耗该Na₂S₂O₃溶液25.00mL．若反应消耗铜的质量为6.4g，则硫酸铜的产率为90%． （已知2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂，2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-）

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）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：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）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：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装置中试管内冷却后的混合物沿杯壁（或玻璃棒）缓缓倒入盛有水的烧杯中，并不断搅拌，若溶液变蓝，证明含有Cu²⁺；
（5）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 （0.36×0.025）mol
2molL：2mol=0.025xmol：（0.36×0.025）mol
x=0.36mol/L，
则250mL溶液中n（Cu²⁺）=0.36mol/L×0.25L=0.09mol，参加反应的n（Cu）=$\frac{6.4g}{64g/mol}$=0.1mol，
则硫酸铜的产率=$\frac{0.09mol}{0.1mol}$×100%=90%，
故答案为：90%．

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．