Question

【题目】某研究性学习小组为研究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、CCl4、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：小组交流摘录

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）A试管上方的长导管的作用是_______________；D、E两支试管中CCl4的作用是____________。

（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：_________________________________________。

（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。你的猜想是：_____________。设计实验验证你的猜想_______________________________________。

（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__________________________。（写化学式）

Answer 1

【答案】 冷凝、回流 防止倒吸 S＋2H2SO4（浓）3SO2↑＋2H2O 由于SO2溶解度较大，生成了Ca(HSO3)2溶液的缘故 取样后，向其中加入氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成 CuO、CuS、Cu2S

【解析】（1）根据实验装置，长导管的作用一定是能导气，但气体在导管中时间一长就会冷凝，回流，二氧化硫和强碱的反应十分剧烈，可以采用D、E两支试管中的四氯化碳来达到防止倒吸现象的发生的目的；（2）浓硫酸具有强氧化性，硫在加热时能和浓硫酸反应，故淡黄色固体消失的化学反应方程式为：S＋2H2SO4（浓）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，由于SO2溶解度较大，生成了Ca(HSO3)2溶液的缘故，始终未见D试管中澄清石灰水出现浑浊或沉淀；可以设计实验验证：取样后，向其中加氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成；（4）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，说明黑色物质部分溶于稀硫酸，液面下方铜丝表面的黑色物质成分可能是：CuO、CuS、Cu2S。