Question

某研究性学习小组的同学为验证浓硫酸与铜能反应而稀硫酸不能，设计了如图所示装置进行探究：将6.4 g铜片和含0.2 moL溶质的18.4 mol/L浓硫酸放在圆底烧瓶中共热，直到无气体生成为止。（假定在此过程溶液体积不变）

（1）甲同学认为要证实上述结论，还应进行稀硫酸与铜片混合加热实验，你认为有无必要，并说明理由：________________
（2）下列试剂中能够用来进一步证明反应结束后的烧瓶中确有余酸的是：_____

A．铁粉

B．钠

C．氯化钡溶液

D．银粉

（3）为定量测定余酸的物质的量浓度，甲、乙两位同学进行了如下设计：
Ⅰ甲同学设想：在A装置增加一个导管通氮气驱赶气体（假定生成的气体全部逸出），先测定生成的SO₂的量，然后计算剩余硫酸的浓度。他设计了如下二种方案来测定SO₂的量：
方案① 将产生的气体缓缓通入足量用稀硫酸酸化的KMnO₄溶液，再加入足量BaCl₂溶液，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀。
方案② 将气体缓缓通入足量硝酸钡溶液中，然后过滤、洗涤、干燥、称量沉淀。
经仔细分析后，发现有不合理之处，请填写下表(可以不填满）：

序号	不合理的原因	误差 （偏低或偏高）	改变措施
方案①
方案②

 
Ⅱ乙学生设计的方案是：分离出反应后的溶液并加蒸馏水稀释至1000 mL，取20.00 mL于锥形瓶中，滴入2～3滴酚酞指示剂，用标准NaOH溶液进行滴定(已知氢氧化铜开始沉淀的pH约为5)，这种方法能否求出余酸的浓度，理由是_______________________________________。
（4）请再设计其他可行的实验方案，来测定余酸的物质的量浓度，简要写出操作步骤及需要测定的数据（不必计算，不必写操作细节）_____________________________________________________。

Answer 1

（1）无必要，随着反应的进行，浓硫酸变成稀硫酸，稀硫酸与铜不反应。 （2）A
（3）I

方案序号	不合理的原因	误差（偏低或偏高）	改变措施
方案①	高锰酸钾溶液中含有硫酸，与氯化钡反应，使生成的沉淀增多	偏低	将硫酸酸化的高锰酸钾溶液换成溴水或碘水或硝酸溶液
方案②	－－	－－	－－

 
Ⅱ.不能，PH>5时，Cu²⁺会与碱反应生成沉淀，不能达到滴定终点。
（4）方案一：①取反应后溶液，向其中加入足量锌；②收集并测定氢气的体积；③通过氢气量计算剩余硫酸的物质的量浓度
方案二：反应结束后将烧瓶中的铜片取出，洗净、烘干，称其质量即可
方案三：反应结束后将烧瓶中的铜片取出，然后向溶液中加入足量氯化钡溶液，过滤出沉淀，洗净、干燥后称量。

解析试题分析：（1）开始是能硫酸与Cu发生反应：Cu＋2H₂SO₄(浓) CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O。随着反应的进行。硫酸逐渐变稀。稀硫酸与铜片不发生反应。反应后的溶液中含有CuSO₄、H₂O及过量的H₂SO₄。要证明反应结束后的烧瓶中确有余酸，A.加入Fe粉会发生反应：CuSO₄＋Fe= FeSO₄＋Cu; H₂SO₄＋Fe= FeSO₄＋H₂↑.会有气体产生，因此会冒出气泡。正确。B.由于溶液中含有大量的水，无论酸是否有剩余，都会发生反应：2Na+2H₂O=2NaOH＋H₂↑。因此不能证明酸剩余。错误。C.溶液中含有CuSO₄，一定会发生反应：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓。不能证明酸剩余。错误。D.在金属活动性顺序表中Ag位于H后面，不能把酸中的氢置换出来。错误。因此选项为A。（3）I、方案①中KMnO₄溶液酸化是用的硫酸，因此在高锰酸钾溶液中的SO₄^2-包括SO₂氧化产生的和外加的两部分，这样产生的硫酸钡沉淀就偏多，导致剩余的硫酸偏少（或偏低）。改变的措施是采用其它的氧化剂如溴水或碘水或硝酸溶液等氧化SO₂，使其转化为硫酸，再用氯化钡溶液减小滴定。方案②设计合理、操作无误。Ⅱ、用标准NaOH溶液滴定剩余硫酸时，由于在溶液中含有CuSO₄，用酚酞作指示剂，变色点为8，但氢氧化铜开始沉淀的pH约为5。Cu²⁺也会与碱反应生成沉淀，不能达到滴定终点。无法准确测定剩余硫酸的物质的量的多少。（4）其他可行的用来测定余酸的物质的量浓度实验方案可以是方案一：①取反应后溶液，向其中加入足量锌；②收集并测定氢气的体积；③通过H₂量计算剩余硫酸的物质的量浓度。方案二：反应结束后将烧瓶中的铜片取出，洗净、在N₂的环境中烘干，称其质量即可。方案三：反应结束后将烧瓶中的铜片取出，然后向溶液中加入足量氯化钡溶液，过滤出沉淀，洗净、干燥后称量。根据反应消耗的Cu的质量科确定由CuSO₄产生的沉淀的质量。进而计算出剩余酸的物质的量。在这三种方案中第三种方案可操作性更强，误差更小。第二种方法中要在惰性气体或N₂的环境中进行不容易进行。而第一种方法H₂的体积测量容易引起误差，而且不容易换算为标准状况下。容易产生误差。
考点：考查实验方案的设计与评价及误差分析的知识。