Question

5．某研究性学习小组为了研究Cu与浓H₂SO₄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、CC1₄、NaOH溶液等药品，铜丝被卷成螺旋状，一端没入浓H₂SO₄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：小组交流滴录
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：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+S=Cu₂S（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）D、E两支试管中CC1₄的作用是防止倒吸；
（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：S+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$3SO₂↑+2H₂O；
（3）对A试管中的浓H₂SO₄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．学生1猜想是由于SO₂溶解度较大，生成了Ca（HSO₃）₂的缘故．请你设计实验验证学生1的猜想取样后，向其中加氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成；
（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CuO、CuS、Cu₂S；（写化学式）
（5）反应完全后稀释溶液呈酸性，学生2猜想反应中浓硫酸可能过量，请你设计一个简单的实验以验证稀释后的溶液由于硫酸过量呈酸性，取稀释后的溶液适量于试管中，加入足量的铁粉，若有无色无味的气体产生，证明硫酸过量．

Answer 1

分析 （1）二氧化硫和强碱的反应十分剧烈，要注意防止倒吸现象的发生；
（2）硫在加热时能和浓硫酸反应生成二氧化硫和水，据此写出反应的化学方程式；
（3）利用酸式盐和强碱中的氢氧根反应能得到正盐，可以使用氢氧化钠溶液进行检验；
（4）含有铜元素的常见黑色物质有CuO、CuS、Cu₂S，结合实际来回答；
（5）根据实验实际情况来判断溶液显酸性的可能原因并进行试验验证．

解答 解：（1）因二氧化硫和强碱的反应十分剧烈，可以采用四氯化碳的作用来达到防止倒吸现象的发生；
故答案为：防止倒吸；
（2）浓硫酸具有强氧化性，硫在加热时能和浓硫酸反应，反应的化学方程式为：S+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$3SO₂↑+2H₂O；故答案为：S+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$3SO₂↑+2H₂O；
（3）Ca（HSO₄）₂能和强碱反应生成溶解度较小的亚硫酸钙，可以加入氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成；故答案为：取样后，向其中加氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成；
（4）含有铜元素的黑色物质有：CuO、CuS、Cu₂S，根据题中信息可知，A装置试管底部有黑色颗粒物质，可能是副反应生成的CuO、CuS、Cu₂S；
故答案为：CuO、CuS、Cu₂S；
（5）溶液显酸性的可能原因是硫酸过量，可以加入金属铁来检验溶液中氢离子的存在，方法为：取稀释后的溶液适量于试管中，加入足量的铁粉，若有无色无味的气体产生，证明硫酸过量；
故答案为：取稀释后的溶液适量于试管中，加入足量的铁粉，若有无色无味的气体产生，证明硫酸过量．

点评 本题考查了浓硫酸的性质，注意掌握浓硫酸具有的化学性质，明确性质实验方案设计的方法，明确题中资料信息是解题根据，试题培养了学生的分析、理解能力，题目难度中等．