Question

某化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况，用下图所示装置先进行了有关实验：

（1）B是用来收集实验中产生的气体的装置，但未将导管画全，请在图上把导管补充完整．
（2）实验中他们取6.4g 铜片和12mL 18mol?L^-1浓硫酸放在圆底烧瓶中共热，直到反应完毕，最后发现烧瓶中还有铜片剩余，该小组学生根据所学的化学知识认为还有一定量的硫酸剩余．
①写出铜跟浓硫酸反应的化学方程式：

Cu+2H₂SO₄（浓）

△   .

CuSO₄+SO₂↑+2H₂O

；
②为什么有一定量的余酸但未能使铜片完全溶解，你认为原因是

随着反应进行，硫酸被消耗，产物有水生成，所以浓硫酸变成稀硫酸，反应会停止

；
③下列药品中能够用来证明反应结束后的烧瓶中确有余酸的是：

AD

（填写编号）．
A．铁粉     B．氯化钡溶液      C．银粉      D．碳酸氢钠溶液
（3）为定量测定余酸的物质的量浓度，甲学生进行了如下设计学生设计的方案是：在反应后的溶液中加蒸馏水稀释至1000mL，取20mL与锥形瓶中，滴入2～3滴甲基橙指示剂，用标准氢氧化钠溶液进行滴定（已知氢氧化铜开始沉淀的pH约为5），通过测出消耗氢氧化钠溶液的体积来求余酸的物质的量浓度．假定反应前后烧瓶中溶液的体积不变，你认为他设计的实验方案能否求得余酸的物质的量浓度

不能

（填“能”或“不能”），其理由是

虽然甲基橙变色范围：pH为3.1～4.4，氢氧化铜开始沉淀时的pH为5，在指示剂变色范围之外，即中和酸时，铜离子不会消耗OH^-，但是甲基橙由红色变成橙色、黄色时，铜离子溶液呈蓝色，对观察指示终点颜色有干扰

．
（4）现已确认，SO₂和NOx的排放是造成酸沉降的两大罪魁祸首．汽车排放的尾气中含有未燃烧充分的CH、以及N₂、CO₂、NO、CO等．有人设计利用反应2NO+2CON₂+2CO₂ 将有害的污染物转化为可参与大气循环的N₂和CO₂．
在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：

时间/h	0	1	2	3	4	5
c（NO）/mol?L-1	1.00×10-3	4.5×10-4	2.5×10-4	1.5×10-4	1.00×10-4	1.00×10-4
c（CO）/mol?L-1	3.6×10-3	3.05×10-3	2.85×10-3	2.75×10-3	2.70×10-3	2.70×10-3

在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H

＜

 0（“＞”、“＜”、“=”）．前2h内的平均反应速率v（N₂）=

1.875×10^-4mol?L^-1?h^-1

，在该温度下，反应的平衡常数K=

5000

．据此你认为将该反应从理论转化为现实的最重要的研究方向是

寻找高效的催化剂

．

Answer 1

分析：（1）二氧化硫的密度比空气大；
（2））①浓硫酸有强氧化性；
②稀硫酸与铜不反应；
③氢离子可与铁或碳酸盐反应；
（3）铜离子溶液呈蓝色，对观察指示终点颜色有干扰；
（4）根据反应能够自发进行，利用△H-T△S＜0来分析该反应的焓变；根据化学反应速率的定义及2s内浓度的变化量来计算解答；根据该温度下达化学平衡时各物质平衡时浓度及化学平衡常数的概念来计算；该反应能进行但反应速率较慢，需要用高效催化剂．

解答：解：（1）二氧化硫的密度比空气大，应用向上排空气法，故答案为：；
（2）①浓硫酸有强氧化性，可与铜反应，故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）

△   .

 CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
②稀硫酸与铜不反应，随着反应进行，硫酸被消耗，产物有水生成，所以浓硫酸变成稀硫酸，
故答案为：随着反应进行，硫酸被消耗，产物有水生成，所以浓硫酸变成稀硫酸，反应会停止；
③根据金属的通性，氢离子能与活泼金属如铁反应，若有氢气生成，则说明有余酸；即使没有余酸溶液中也有硫酸根，都能与氯化钡反应生成沉淀；稀硫酸与银不反应；氢离子能与碳酸盐反应，若有能使澄清的石灰水变浑浊的气体生成，则说明有余酸，故选AD；
（3）甲基橙由红色变成橙色、黄色时，铜离子溶液呈蓝色，对观察指示终点颜色有干扰，
故答案为：不能；虽然甲基橙变色范围：pH为3.1～4.4，氢氧化铜开始沉淀时的pH为5，在指示剂变色范围之外，即中和酸时，铜离子不会消耗OH^-，但是甲基橙由红色变成橙色、黄色时，铜离子溶液呈蓝色，对观察指示终点颜色有干扰；
（4）因该反应2NO+2CO

催化剂  .

2CO₂+N₂中气体减少，则△S＜0非自发，由反应能够自发进行，则△H-T△S＜0，即该反应一定是放热才有可能自发进行，放热反应的△H＜0，
由表格中的数据可知2s内NO浓度的变化量为1.00×10^-3-2.50×10^-4=7.50×10^-4，
则υ（NO）=

7.5×10-4mol/L

2s

=3.75×10^-4mol?L^-1?s^-1；
由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则υ（N₂）=

1

2

υ（NO）≈1.875×10^-4mol?L^-1?s^-1，
由表格中的数据可知到4s时达到化学平衡，则
            2NO+2CO2CO₂+N₂
开始1.00×10^-33.60×10^-3         0     0
转化9×10^-49×10^-49×10^-4 4.50×10^-4
平衡1.00×10^-4 2.70×10^-3 9×10^-44.50×10^-4
则K=

(9×10-4)2?(4.5×10 -4)

(1×10 -4)2?(2.7×10-3) 2

=5000，
该反应能进行但反应速率较慢，需要用高效催化剂，
故答案为：＜；1.875×10^-4mol?L^-1?h^-1；5000；寻找高效的催化剂．

点评：本题综合考查反应速率、反应方向、化学平衡等知识，并注重考查了学生对实验化学的设计思路，充分体现了新课程变化，同时又注重了对高考热点的考查，是较好的一道综合题．