Question

4．将3.2g Cu与足量的浓硫酸在加热条件下充分反应．
（1）被还原的硫酸的物质的量为0.05mol．
（2）把反应后的溶液稀释至500ml，取出50ml，向其中加入足量的BaCl₂溶液，得到沉淀20.27g，则稀释后所得溶液中SO₄^2-的物质的量浓度为1.74mol/L（保留两位小数）．
（3）若浓硫酸中含溶质为a mol，投入足量的铜片并加热，充分反应后，被还原的硫酸的物质的量n（H₂SO₄）＜0.5amol．
（4）将产生的气体缓慢通入100ml b mol/L的氢氧化钠溶液中，若反应物均无剩余，则b的取值范围为0.5≤b≤1．
（5）讨论b的取值范围及与之对应的溶液的溶质及其物质的量，将结果填于下表中

b的范围	溶质的种类	溶质的物质的量（mol）
0.5	NaHSO3	0.05

Answer 1

分析 （1）根据n=$\frac{m}{M}$计算出铜的物质的量，再结合反应方程式计算出被还原的硫酸的物质的量；
（2）2.33g沉淀为硫酸钡，根据n=$\frac{m}{M}$计算出硫酸钡的物质的量，再根据n=$\frac{n}{V}$计算出硫酸根离子的浓度；
（3）铜与浓硫酸的反应中，浓硫酸变成稀硫酸，反应停止，所以参加反应的硫酸越大小于溶液中总的硫酸，据此进行分析；
（4）根据铜的量计算出生成二氧化硫的物质的量，再结合反应生成亚硫酸钠、亚硫酸氢钠分别计算出b的值，从而得出其取值范围；
（5）当b=0.5时，氢氧化钠与二氧化硫恰好反应生成亚硫酸氢钠；
当b＜0.5时，二氧化硫过量，反应生成的溶质为亚硫酸氢钠；
当b=1时，二者恰好反应生成亚硫酸钠，；
当0.5＜b＜1时，二氧化硫与氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物；
当b＞1时，氢氧化钠过量，反应生成亚硫酸钠和水，反应后溶质为亚硫酸钠和氢氧化钠的混合物，其中亚硫酸钠为0.05mol，据此结合反应方程式进行计算溶质的物质的量．

解答 解：（1）Cu与足量的浓硫酸在加热条件下充分反应的化学方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂+2H₂O，3.2g铜的物质的量为：$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，反应生成二氧化硫为0.05mol，而浓硫酸被还原生成二氧化硫，则被还原的硫酸的物质的量为0.05mol，
故答案为：0.05mol；
（2）20.27g硫酸钡的物质的量为：$\frac{20.27g}{233g/mol}$≈0.087mol，则稀释后溶液中硫酸根离子的物质的量为0.087mol，其浓度为：$\frac{0.087mol}{0.05L}$=1.74mol/L，
故答案为：1.74mol/L；     
（3）若浓硫酸中含溶质amol，投入足量的铜片并加热，充分反应后，由于稀硫酸不与铜反应，则被还原的硫酸的物质的量一定小于0.5amol，
故答案为：＜0.5a；
（4）3.2g铜的物质的量为：$\frac{3.2g}{64g/mol}$=0.05mol，根据反应方程式可知，0.05mol铜完全反应生成0.05mol二氧化硫，
100mL bmol•L^-1的NaOH溶液中含有氢氧化钠的物质的量为：bmol/L×0.1L=0.1bmol，
当氢氧化钠与二氧化硫反应生成亚硫酸钠时，消耗氢氧化钠的物质的量为：0.1bmol=0.05mol×2，解得：b=1，
当二者反应生成亚硫酸氢钠时，消耗氢氧化钠的物质的量为：0.1bmol=0.05mol，解得：b=0.5，
所以b的范围为：0.5≤b≤1，
故答案为：0.5≤b≤1；
（5）当b=0.5时，氢氧化钠与二氧化硫恰好反应生成亚硫酸氢钠，生成的亚硫酸氢钠的物质的量=n（NaOH）=0.1bmol=0.05mol；
当b＜0.5时，二氧化硫过量，反应生成的溶质为亚硫酸氢钠，生成的亚硫酸氢钠的物质的量=n（NaOH）=0.1bmol；
当b=1时，二者恰好反应生成亚硫酸钠，生成亚硫酸钠的物质的量为：0.05mol；
当0.5＜b＜1时，二氧化硫与氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合物，其中生成亚硫酸氢钠的物质的量为：（0.1-0.1b）mol，生成亚硫酸钠的物质的量为：（0.1b-0.05）mol；
当b＞1时，氢氧化钠过量，反应生成亚硫酸钠和水，反应后溶质为亚硫酸钠和氢氧化钠的混合物，其中亚硫酸钠为0.05mol，剩余的氢氧化钠为：0.1bmol-0.05mol×2=（0.1b-0.1）mol，
故答案为：

b的范围	溶质的种类	溶质的物质的量（mol）
＜0.5	NaHSO3	0.1b
0.5	NaHSO3	0.05
0.5～1	NaHSO3Na2SO3	NaHSO3：0.1-0.1b Na2SO3：0.1b-0.05
1	Na2SO3	0.05
＞1	Na2SO3 NaOH	Na2SO3：0.05  NaOH：0.1b-0.1

点评 本题考查了有关范围讨论的化学计算，题目难度较大，试题知识点较多、计算量较大，充分考查学生的分析、理解能力及化学计算能力，注意掌握讨论法在化学计算中的应用方法．