Question

8．為研究銅與濃硫酸的反應，某化學興趣小組進行如下實驗．
實驗I：反應產(chǎn)物的定性探究--按如圖裝置（固定裝置已略）進行實驗：

（1）F裝置的燒杯中發(fā)生反應的離子方程式是SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；
（2）實驗過程中，能證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素的現(xiàn)象是D裝置中黑色固體顏色無變化，E裝置中溶液褪色
（3）實驗結束時，撤去所有酒精燈之前必須完成的實驗操作是拉起銅絲，關閉K₁，K₂
（4）實驗結束后，證明A裝置試管中反應所得產(chǎn)物是否含有銅離子的操作方法是將A裝置中試管內冷卻后的混合物沿杯壁（或玻璃棒）緩緩倒入盛有水的燒杯中，并不斷攪拌，若溶液變藍，證明含有Cu²⁺；
，若溶液變藍，證明含有Cu²⁺
實驗Ⅱ：反應產(chǎn)物的定量探究
（5）在銅與濃硫酸反應的過程中，發(fā)現(xiàn)有黑色物質出現(xiàn)，且黑色物質為Cu₂S．產(chǎn)生Cu₂S的反應為
aCu+bH₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$cCu₂S+dCuSO₄+e H₂O，則a：b=5：4
（6）為進一步探究該黑色物質的成分，經(jīng)查閱相關文獻獲得下列資料．
資料1：

硫酸/mol•L-1	黑色物質出現(xiàn)的溫度/℃	黑色物質消失的溫度/℃
14	Cu 片表面無明顯現(xiàn)象
15	約150	約236
16	約140	約250
18	約120	不消失

資料2：X-射線晶體分析表明，銅與濃硫酸反應生成的黑色物質為Cu₂S、CuS、Cu₇S₄中的一種或幾種．僅由上述資料可得出的如下結論中正確是ABD．
A．銅與濃硫酸反應時所涉及的反應可能不止一個
B．硫酸濃度選擇適當，可避免最后產(chǎn)物中出現(xiàn)黑色物質
C．該反應發(fā)生的條件之一是硫酸濃度≥15mol/L
D．硫酸濃度越大，黑色物質越快出現(xiàn)、越難消失．

Answer 1

分析 加熱條件下，Cu和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，水具有揮發(fā)性，溫度越高揮發(fā)性越強，所以生成的二氧化硫中含有水蒸氣，水蒸氣能使無水硫酸銅變藍色；濃硫酸具有吸水性，能干燥二氧化硫氣體；氫氣具有還原性，能將黑色的氧化銅粉末還原為紅色Cu；二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色；二氧化硫屬于酸性氧化物且有毒，不能直接排空，可以用堿性溶液吸收．
（1）二氧化硫和NaOH反應生成亞硫酸鈉和水；
（2）實驗過程中，要證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素，只要證明生成的氣體中含有二氧化硫不含氫氣即可；
（3）實驗結束時，撤去所有酒精燈之前要防止倒吸；
（4）驗證生成的溶液中含有銅離子，需要把試管中的液體倒入水中溶解，觀察是否出現(xiàn)藍色溶液，將A裝置中冷卻的混合溶液沿燒杯內壁緩緩倒入盛水的燒杯中，并不斷攪拌，出現(xiàn)藍色溶液證明含有銅離子；
（5）根據(jù)轉移電子及原子守恒配平方程式，從而確定a、b關系；
（6）圖表數(shù)據(jù)分析銅和濃硫酸反應過程中會生成黑色物質證明有副反應，濃度合適會避免黑色固體出現(xiàn)，濃度越大，溫度越高黑色越難消失．

解答 解：加熱條件下，Cu和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，水具有揮發(fā)性，溫度越高揮發(fā)性越強，所以生成的二氧化硫中含有水蒸氣，水蒸氣能使無水硫酸銅變藍色；濃硫酸具有吸水性，能干燥二氧化硫氣體；氫氣具有還原性，能將黑色的氧化銅粉末還原為紅色Cu；二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色；二氧化硫屬于酸性氧化物且有毒，不能直接排空，可以用堿性溶液吸收．
（1）二氧化硫屬于酸性氧化物，和NaOH反應生成亞硫酸鈉和水，離子反應方程式為 SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；故答案為：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；
（2）證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素，利用元素化合價變化生成的產(chǎn)物分析判斷，若生成氫氣，D裝置會黑色變化為紅色，若生成二氧化硫E裝置中品紅會褪色，所以證明濃硫酸中硫元素的氧化性強于氫元素的實驗現(xiàn)象是，D裝置中氧化銅黑色不變化，說明無氫氣生成，E裝置中品紅試液褪色說明生成了二氧化硫氣體，
故答案為：D裝置中黑色固體顏色無變化，E裝置中溶液褪色；
（3）實驗結束時，拉起銅絲，撤去所有酒精燈之前必須完成的實驗操作是關閉K₁，K₂，防止CE中的溶液倒吸，炸裂玻璃管，
故答案為：拉起銅絲，關閉K₁，K₂；
（4）驗證生成的溶液中含有銅離子，需要把試管中的液體倒入水中溶解，觀察是否出現(xiàn)藍色溶液，將A裝置中冷卻的混合溶液沿燒杯內壁緩緩倒入盛水的燒杯中，并不斷攪拌，出現(xiàn)藍色溶液證明含有銅離子，
故答案為：將A裝置中試管內冷卻后的混合物沿杯壁（或玻璃棒）緩緩倒入盛有水的燒杯中，并不斷攪拌，若溶液變藍，證明含有Cu²⁺；
（5）aCu+bH₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$cCu₂S+dCuSO₄+e H₂O中Cu元素化合價由0價變?yōu)?1價、+2價、S元素化合價由+6價變?yōu)?2價，轉移電子數(shù)為6，根據(jù)轉移電子守恒及原子守恒配平方程式為5Cu+4H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu₂S+3CuSO₄+4H₂O，所以a：b=5：4，
故答案為：5：4；
（6）依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析可知，濃度不同時出現(xiàn)黑色物質的時間隨濃度增大減小，濃度為18mol/L時生成的黑色物質不能消失；
A．分析過程可知．發(fā)生的反應過程中生成二氧化硫和硫酸銅的反應過程中有奇談反應發(fā)生生成黑色物質，銅與濃硫酸反應時所涉及的反應可能不止一個，故A符合；
B．圖表數(shù)據(jù)分析可知硫酸濃度選擇適當，可避免最后產(chǎn)物中出現(xiàn)黑色物質，故B符合；
C．濃硫酸和銅的反應濃度小于15mol/L也可能出現(xiàn)黑色物質，出現(xiàn)的時間長，該反應發(fā)生的條件不一定是硫酸濃度≥15mol•L^-1，故C不符合；
D．圖表數(shù)據(jù)中，18mol/L的濃硫酸，出現(xiàn)褐色物質的時間短，黑色物質難以消失，所以硫酸濃度越大，黑色物質越快出現(xiàn)、越難消失，故D符合；
故答案為：ABD．

點評 本題以濃硫酸和銅的反應為載體考查性質實驗方案設計，涉及氣體制取、氣體檢驗、反應方程式的配平、方程式的計算等知識點，綜合性較強，明確反應原理及基本操作是解本題關鍵，知道二氧化硫、氫氣的檢驗方法及順序，題目難度中等．