Question

7．某同学在学习“硫酸及其盐的某些性质与用途”中，进行如下实验探究．
Ⅰ、探究硫酸的性质
（1）某同学设计如图1装置（夹持和加热装置略）拟完成有关实验．但该装置在设计上存在明显的安全隐患是装置乙不应有瓶塞

（2）将上述装置改进确认不存在安全隐患并检验气密性后，将铜片放入圆底烧瓶中，通过分液漏斗向圆底烧瓶中滴加足量的浓硫酸，加热圆底烧瓶，充分反应后，观察到圆底烧瓶铜片不断溶解，但有铜片剩余，圆底烧瓶溶液呈蓝色，盛品红溶液的试剂瓶中溶液颜色褪去．回答下列问题：
①圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
②装置乙中的试剂是氢氧化钠溶液．
（3）从装置中取下圆底烧瓶，向圆底烧瓶的溶液中持续鼓入空气并加热圆底烧瓶．观察到圆底烧瓶中的红色固体逐渐溶解并完全消失．此时发生反应的离子方程式为
2Cu+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu²⁺+2H₂O
（4）若要用（3）问所得溶液来制备硫酸四氨合铜晶体，其操作是在烧瓶中先加入氨水到溶液呈深蓝色，再加乙醇，至析出深蓝色晶体，再过滤．
Ⅱ、用KHSO₄制取H₂O₂并测其物质的量浓度．
（1）工业上电解KHSO₄饱和溶液制取H₂O₂的示意图如图2（已知：KHSO₄=K⁺+H⁺+SO₄^2-）：

电解饱和KHSO₄溶液时反应的离子方程式2H⁺+2SO₄^2-$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$S₂O₈^2-+H₂↑．
（2）测定H₂O₂的物质的量浓度：
①取20.00mL上述已制得的H₂O₂溶液置于锥形瓶中，加稀硫酸酸化  ②用0.1000mol/LKMnO₄溶液滴定  ③用同样方法滴定，三次消耗KMnO₄溶液的体积分别为20.00mL、19.98mL、20.02mL，原H₂O₂溶液中H₂O₂的物质的量浓度为0.25mol/L．（已知：滴定时该反应的还原产物是Mn²⁺，氧化产物是O₂）

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）装置乙有瓶塞，无法与大气相通，则多余的二氧化硫无法被吸收；
（2）①圆底烧瓶中铜与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫气体和水，据此写出反应的化学方程式；
②二氧化硫有毒，多余的气体需要吸收，二氧化硫能够与氢氧化钠溶液反应从而吸收吸收二氧化硫；
（3）向圆底烧瓶的溶液中持续鼓入空气并加热圆底烧瓶，铜与氧气反应生成氧化铜，氧化铜与氢离子反应生成铜离子，则会观察到圆底烧瓶中的红色固体逐渐溶解并完全消失，据此写出反应的总离子方程式；
（4）向溶液中先加入过量氨水，反应生成硫酸四氨合铜，然后加入乙醇，由于硫酸四氨合铜乙醇中溶解度较小，所以会形成硫酸四氨合铜晶体，最后过滤即可，
Ⅱ．（1）阳极是阴离子失电子发生氧化反应，阴极得到电子生成氢气，据此写出电极反应式；
（2）计算出三次消耗KMnO₄溶液的平均体积，再计算出消耗高锰酸根离子的物质的量，然后根据反应方程式计算出消耗双氧水的物质的量，最后根据c=$\frac{n}{V}$计算出浓度．

解答 解：Ⅰ．（1）装置乙中有瓶塞，当气压达到一定程度时，这样产生的尾气不会进入瓶中，达不到尾气处理装置，
故答案为：装置乙不应有瓶塞；
（2）①圆底烧瓶中铜与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫气体和水，发生反应的化学方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
②二氧化硫有毒，多余的气体需要吸收，二氧化硫能够与氢氧化钠溶液反应，所以装置乙中可以为氢氧化钠溶液，
故答案为：氢氧化钠液；
（3）从装置中取下圆底烧瓶，向圆底烧瓶的溶液中持续鼓入空气并加热圆底烧瓶，铜与氧气反应生成氧化铜，氧化铜与氢离子反应生成铜离子，则会观察到圆底烧瓶中的红色固体逐渐溶解并完全消失，反应的总离子方程式为：2Cu+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu²⁺+2H₂O，
故答案为：2Cu+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu²⁺+2H₂O；
（4）所带溶液为硫酸铜溶液，向溶液中先加入过量氨水，反应生成硫酸四氨合铜，然后加入乙醇，由于硫酸四氨合铜乙醇中溶解度较小，所以会形成硫酸四氨合铜晶体，最后过滤就可以得到硫酸四氨合铜，
故答案为：在烧瓶中先加入氨水到溶液呈深蓝色，再加乙醇，至析出深蓝色晶体，再过滤；
Ⅱ．（1）电解饱和KHSO₄溶液时，阳极是阴离子发生失电子的氧化反应，阴极氢离子得到电子生成氢气，总电极反应式为：2H⁺+2SO₄^2- $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$S₂O₈^2-+H₂↑，
故答案为：2H⁺+2SO₄^2- $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$S₂O₈^2-+H₂↑；
（2）三次消耗KMnO₄溶液的体积分别为20.00mL、19.98mL、20.02mL，则体积平均值为：20.00mL，则消耗高锰酸根的量：0.1mol/L×0.02L=0.002mol，设双氧水的物质的量为n，则
2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑
    2            5
0.002mol         n
解得：n=0.005mol，
双氧水的物质的量浓度为：$\frac{0.005mol}{0.02L}$=0.25mol/L，
故答案为：0.25mol/L．

点评 本题考查了性质实验方案的设计、探究物质组成及含量，题目难度中等，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识解决实际问题的能力，注意掌握性质实验方案的设计与评价原则．