Question

【題目】某研究性學習小組為研究Cu與濃H2SO4的反應，設計如下實驗探究方案（裝置中的固定儀器和酒精燈均未畫出）

實驗選用細銅絲、98.3% H2SO4、品紅溶液、澄清石灰水、CCl4、NaOH溶液等藥品，銅絲被卷成螺旋狀，一端沒入濃H2SO4中，另一端露置在液面上方。

以下是該學習小組部分交流記錄及后續探究實驗的記錄

材料一：小組交流摘錄

學生1：加熱前，無現象發生；加熱后，液面下銅絲變黑，產生氣泡，有細小黑色顆粒狀物質從銅絲表面進入濃硫酸中，黑色物質是什么？值得探究！

學生2：，我也觀察到黑色顆粒狀物質，后來逐漸轉變為灰白色固體，我想該灰白色固體極有可能是未溶于濃硫酸的CuSO4。

學生3：你們是否注意到液面以上的銅絲也發黑，而且試管上部內壁有少量淡黃色S固體凝聚，會不會液面以上的銅絲與硫發生了反應，我查資料發現：2Cu＋S＝Cu2S（黑色）。

材料二：探究實驗剪輯

實驗1 將光亮的銅絲在酒精燈火焰上灼燒變黑，然后插入稀硫酸中，銅絲重新變得光亮，溶液呈藍綠色；將光亮的銅絲置入加熱的硫蒸氣中變黑，然后插入稀硫酸中無變化。

實驗2 截取濃硫酸液面上方變黑的銅絲，插入稀硫酸中無變化；將濃硫酸液面下方變黑的銅絲，插入稀硫酸，黑色明顯變淺，溶液呈藍綠色。

實驗3 將溶液中的黑色顆粒狀物質，經過濾、稀硫酸洗、蒸餾水洗、干燥后放入氧氣流中加熱，然后冷卻，用電子天平稱重發現質量減少10%左右。

根據上述材料回答下列問題

（1）A試管上方的長導管的作用是_______________；D、E兩支試管中CCl4的作用是____________。

（2）加熱過程中，觀察到A試管中出現大量白色煙霧，起初部分煙霧在試管上部內壁析出淡黃色固體物質，在持續加熱濃硫酸（沸騰）時，淡黃色固體物質又慢慢地消失。寫出淡黃色固體消失的化學反應方程式：_________________________________________。

（3）對A試管中的濃H2SO4和銅絲進行加熱，很快發現C試管中品紅溶液褪色，但始終未見D試管中澄清石灰水出現渾濁或沉淀。你的猜想是：_____________。設計實驗驗證你的猜想_______________________________________。

（4）根據上述研究，結合所學知識，你認為液面下方銅絲表面的黑色物質成分是__________________________。（寫化學式）

Answer 1

【答案】 冷凝、回流 防止倒吸 S＋2H2SO4（濃）3SO2↑＋2H2O 由于SO2溶解度較大，生成了Ca(HSO3)2溶液的緣故 取樣后，向其中加入氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成 CuO、CuS、Cu2S

【解析】（1）根據實驗裝置，長導管的作用一定是能導氣，但氣體在導管中時間一長就會冷凝，回流，二氧化硫和強堿的反應十分劇烈，可以采用D、E兩支試管中的四氯化碳來達到防止倒吸現象的發生的目的；（2）濃硫酸具有強氧化性，硫在加熱時能和濃硫酸反應，故淡黃色固體消失的化學反應方程式為：S＋2H2SO4（濃）3SO2↑＋2H2O；（3）對A試管中的濃H2SO4和銅絲進行加熱，很快發現C試管中品紅溶液褪色，由于SO2溶解度較大，生成了Ca(HSO3)2溶液的緣故，始終未見D試管中澄清石灰水出現渾濁或沉淀；可以設計實驗驗證：取樣后，向其中加氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成；（4）將濃硫酸液面下方變黑的銅絲，插入稀硫酸、黑色明顯變淺，溶液呈藍綠色，說明黑色物質部分溶于稀硫酸，液面下方銅絲表面的黑色物質成分可能是：CuO、CuS、Cu2S。