Question

为探究铜与浓硫酸的反应，甲、乙两同学分别设计了图1、图2所示装置，将足量铜和10 mL 18 mol·L^-1浓硫酸共热，直到无气体生成为止(假定反应前后试管中溶液的体积不变)。
     
图1                              图2
（1）比较两实验装置，图2装置的优点是：①           ；②            。
（2）①甲根据所学的化学知识认为还有一定量的硫酸剩余。甲认为硫酸剩余的理论依据是    。
②下列药品中能够用来证明反应结束后的烧瓶中确有硫酸剩余的是_______。（选填编号）

A．过量铁粉

B．氯化钡溶液

C．银粉

D．碳酸氢钠溶液

（3）乙在拆除图2装置前，不打开胶塞，为使装置中的残留气体完全被吸收，应当采取的操作是          。
（4）为定量测定当剩余硫酸浓度不大于何值时，铜与硫酸就不能反应，甲、乙两位同学进行了如下设计：
①甲方案：将产生的气体缓缓通过预先称量过的盛有     的干燥管，反应结束后再次称量，干燥管质量增加m g。其余酸浓度为       mol·L^－1。
②乙方案：分离出反应后的溶液并加蒸馏水稀释至1 000 mL，取20.00 mL于锥形瓶中，滴入2～3滴      ，（选填“酚酞”、“甲基橙”）用0.1000mol·L^－1标准NaOH溶液进行滴定(已知氢氧化铜开始沉淀的pH约为5)，用去NaOH溶液V mL。其余酸浓度为      mol·L^－1。
③甲、乙两方案比较，你认为误差较大的是      ，理由是                           。

Answer 1

（1）①能更好地吸收有毒气体SO₂，防止其污染环境
②停止加热时，能防止倒吸或平衡压强
③通过铜丝的上下抽动可以控制反应的发生和停止 。
（2）①随着反应的进行，浓硫酸会变成稀硫酸，而稀硫酸不与铜反应。
②A D
（3）从导管口向A中大量鼓气 。
（4）①碱石灰；  [18-25m/8] 。
②甲基橙；  0.25v 。
③甲； 被碱石灰吸收的除了SO₂外还有水蒸气，导致SO₂的质量偏大，计算出的余酸浓度偏小。

试题分析：
（1）比较两实验装置，图2装置的优点是：①通过铜丝的上下抽动可以使反应随时发生，也可以是反应随时停止，这样就可以控制化学反应的进行；②用品红溶液检验后用NaOH来吸收SO₂，可以减少有毒气体的排放，更环保。③由于在图2装置中有一根玻璃导管。当停止加热时，它能平衡压强，这样就可以防止倒吸现象的发生。
（2）①Cu与浓硫酸发生反应：Cu＋2H₂SO₄(浓) CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O随着反应的进行，浓硫酸会变成稀硫酸，而稀硫酸不与铜反应。因此还有一定量的硫酸剩余。②A、若有硫酸剩余，则加入Fe粉时会发生反应：Fe＋H₂SO₄=FeSO₄＋H₂↑。冒气泡。正确。B.无论是否有硫酸剩余，在溶液中都含有SO₄^2-_，加入氯化钡溶液时发生反应：Ba²⁺+ SO₄^2-=BaSO₄↓。产生白色沉淀。错误。C. 在金属活动性顺序表中Ag在H的后面，不能把酸中的H置换出来。错误。D.酸性H₂SO₄ >H₂CO₃，所以加入碳酸氢钠溶液时发生反应H₂SO₄+ 2NaHCO₃=Na₂SO₄+2H₂O＋2CO₂↑。冒气泡。正确。故正确选项为A 、D。
（3）乙在拆除图2装置前，不打开胶塞，为使装置中的残留气体完全被吸收，应当采取的操作是从导管口向A中大量鼓气 。
（4）①由于SO₂是酸性气体，能与碱发生反应，所以在甲方案：将产生的气体缓缓通过预先称量过的盛有碱石灰的干燥管，反应结束后再次称量，干燥管质量增加m g。n(SO₂)=(64/m)mol,反应消耗的硫酸的物质的量为(32/m)mol.剩余的硫酸物质的量浓度为{18×10^-2mol-(32/m)mol}÷10^-2L=(18-25m/8)mol/L。
②乙方案：由于氢氧化铜开始沉淀的pH约为5甲基橙的变色范围为3.1～4.4.酚酞的变色范围是8.2～10.所以为了减少实验误差，在酸碱中和滴定时选择的指示剂为甲基橙。此时只发生酸碱中和反应。取20.00 mL稀释后的溶液。用0.1000mol/L标准NaOH溶液进行滴定用去NaOH溶液V mL。n(NaOH)= V×10^-4mol.剩余硫酸的物质的量为n(H₂SO₄)= 5V×10^-5mol，所以其余酸浓度为(1 000 mL÷20.00 mL) 5V×10^-5mol ÷0.01L=0.25v mol/L。  
③甲、乙两方案比较，误差较大的是甲；因为该反应发生时产生的SO₂气体中含有水蒸气，被碱石灰吸收的除了SO₂外还有水蒸气，导致SO₂的质量偏大，则计算出的余酸浓度偏小。