Question

4．安徽省从2013年12月1日零时起，车用汽油升级为“国Ⅳ”标准，对二氧化硫的排放有了大大的改善．已知SO₂可以用Fe（ NO₃）₃溶液吸收，0.1mol/L的Fe（NO₃）₃溶液的pH=2某学习小组据此展开如下相关探究：
【探究Ⅰ】铜与浓硫酸的反应探究：
（l）取12.8g铜片于三颈烧瓶中，通N₂一段时间后再加入20mL 18mol•L^-1的浓硫酸，加热．装置A中有白雾（硫酸酸雾）生成，装置B中产生白色沉淀，充分反应后，烧瓶中仍有铜片剩余．
①该小组同学认为烧瓶中除有铜片剩余外还应有较多的硫酸剩余，其原因是：随着反应进行，硫酸变稀，与铜片不反应
②该小组同学欲通过测定产生气体的量来求余酸的物质的量，设计了多种实验方案．下列方案不可行的是AB
A．将产生的气体缓缓通过预先称量的盛有碱石灰的干燥管，结束反应后再次称重
B．将产生的气体缓缓通入足量硫酸酸化的高锰酸钾溶液后，再加入足量的BaCl₂溶液，测量所得沉淀的质量
C．用排饱和NaHSO₃溶液的方法测定其产生气体的体积（折算成标准状况）
【探究Ⅱ】装置B中产生沉淀的原因探究：
（2）加入浓硫酸之前先通N₂一段时间，其目的是排除空气的干扰
（3）经过讨论，该小组对装置B中产生沉淀的原因，提出下列猜想（不考虑各因素的叠加）：
猜想1：装置A中的白雾进入B参与反应
猜想2：SO₂被Fe³⁺氧化为SO₄^2-
猜想3：酸性条件下，SO₂被NO₃^-氧化为SO₄^2-
（4）甲同学认为只要在装置A、B间增加洗气瓶C，就可以排除装置A中白雾影响，则C中盛放的试剂是NaHSO₃饱和溶液
（5）乙同学取出少量装置B中清液，加入几滴酸性高锰酸钾，发现紫红色褪去，据此认为猜想2成立．你是否同意其结论？并说明理由：不同意，溶解的SO₂也能使酸性高锰酸钾溶液褪色
【思考与交流】
（6）实验结束后，若使烧瓶中铜片继续溶解，下列方案（必要时可加热）可行的是ABC
A．打开弹簧夹，通入O₂
B．由分液漏斗加入H₂O₂溶液
C．由分液漏斗加入NaNO₃溶液
D．由分液漏斗加入Na₂SO₄溶液．

Answer 1

分析 【探究Ⅰ】铜与浓硫酸的反应探究：
（1）①铜和热的浓硫酸反应生成二氧化硫、硫酸铜和水，随浓度减小变化为稀硫酸后不能和铜继续反应；
②测定SO₂的量必须做到不能在测量时损耗，便于测定分析，碱石灰能吸收二氧化硫和水，二氧化硫易溶于水，二氧化硫钡高锰酸钾溶液氧化；
【探究Ⅱ】装置B中产生沉淀的原因探究：
（2）为排除空气对实验的干扰，滴加浓硫酸之前应先通入氮气，将空气排出；
（3）酸性条件下，Fe²⁺离子可以被NO₃^-，Fe³⁺氧化分析；
（4）甲同学认为只要在装置A、B间增加洗气瓶C，就可以排除装置A中白雾影响，装置中的溶液是和二氧化硫不反应，但能吸收硫酸酸雾的溶液，选择饱和亚硫酸氢钠溶液最好；
（5）乙同学取出少量装置B中清液，加入几滴酸性高锰酸钾，发现紫红色褪去，据此认为猜想2成立这种认识是错误的、不同意；因为溶解的SO₂也能使酸性高锰酸钾溶液褪色；
【思考与交流】
（6）依据装置图分析可知，
A、通入氧气，发生反应：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
B、由分液漏斗加入H₂O₂溶液H₂O₂加热分解产生氧气，作用同A；
C、由分液漏斗加入NaNO₃溶液．在酸性条件下发生反应：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
D．由分液漏斗加入Na₂SO₄溶液不会发生任何反应．

解答 解：【探究Ⅰ】铜与浓硫酸的反应探究：
①铜和热的浓硫酸反应铜作还原剂，硫酸作氧化剂，生成二氧化硫、硫酸铜和水，反应方程式为2H₂SO₄（浓）+Cu$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+2SO₂↑，随着反应进行，硫酸变稀，与铜片不反应，烧瓶中除有铜片剩余外还应有较多的硫酸剩余，
故答案为：随着反应进行，硫酸变稀，与铜片不反应；
②A．发生在加热条件下进行．所以产生的气体除了有SO₂外，还有水蒸汽，因此缓缓通过预先称量的盛有碱石灰的干燥管，结束反应后再次称重称量的质量是SO₂和水蒸汽的质量和．无法计算剩余硫酸的质量，故A错误；
B．高锰酸钾能把SO₂氧化为硫酸，由于是用硫酸酸化，所以再加入足量的BaCl₂溶液，测量所得沉淀是SO₂氧化的硫酸和加入的硫酸共同产生的硫酸钡，故不能确定SO₂的多少，进而不能确定有多少硫酸没有乘积反应，故B错误；
C．由于SO₂不能在饱和NaHSO₃溶液中溶解．所以可以用排饱和NaHSO₃溶液的方法测定其产生气体的体积（折算成标准状况）．来确定发生还原反应的硫酸的物质的量，进而可以计算出未参加反应的硫酸的物质的量，故C正确；
故答案为：AB；
【探究Ⅱ】装置B中产生沉淀的原因探究：
（2）为排除空气对实验的干扰，滴加浓硫酸之前应先通入氮气，将空气排出，操作为打开弹簧夹，向装置中通入一段时间的N₂，关闭弹簧夹，
故答案为：排除空气的干扰；
（3）铁离子和硝酸根离子两种离子都氧化二氧化硫，猜想3：即SO₂酸性条件下NO₃^-反应，
故答案为：酸性条件下，SO₂被NO₃^-氧化为SO₄^2-；
（4）甲同学认为只要在装置A、B间增加洗气瓶C，就可以排除装置A中白雾影响，则C中盛放的试剂应该只吸收SO₃但是不溶解或反应消耗SO₂，可以是NaHSO₃饱和溶液，
故答案为：NaHSO₃饱和溶液；
（5）证明该猜想2中生成的还原产物，某同学取少量溶液滴加几滴酸性高锰酸钾溶液，紫红色褪去，该同学做法错误，因高锰酸钾具有强氧化性，二氧化硫具有还原性，所以两者发生氧化还原反应，SO₂也可以使酸性高锰酸钾褪色，
故答案为：不同意，溶解的SO₂也能使酸性高锰酸钾溶液褪色； 
【思考与交流】
（6）A、通入氧气，发生反应：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，故A正确；
B、由分液漏斗加入H₂O₂溶液H₂O₂加热分解产生氧气，作用同A，故B正确；
C、由分液漏斗加入NaNO₃溶液．在酸性条件下发生反应：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，Cu溶解，故C正确；
D．由分液漏斗加入Na₂SO₄溶液不会发生任何反应，故D错误；
故答案为：ABC．

点评 本题考查铜与浓硫酸的反应的探究及产物SO₂的性质及检验的知识，实验设计和物质性质的性质验证，物质性质和装置的理解应用，题目难度中等．