Question

某化學課外興趣小組為探究銅跟濃硫酸的反應情況，用下圖所示裝置先進行了有關實驗：

（1）B是用來收集實驗中產生的氣體的裝置，但未將導管畫全，請在圖上把導管補充完整．
（2）實驗中他們取6.4g 銅片和12mL 18mol?L^-1濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，直到反應完畢，最后發現燒瓶中還有銅片剩余，該小組學生根據所學的化學知識認為還有一定量的硫酸剩余．
①寫出銅跟濃硫酸反應的化學方程式：

Cu+2H₂SO₄（濃）

△   .

CuSO₄+SO₂↑+2H₂O

；
②為什么有一定量的余酸但未能使銅片完全溶解，你認為原因是

隨著反應進行，硫酸被消耗，產物有水生成，所以濃硫酸變成稀硫酸，反應會停止

；
③下列藥品中能夠用來證明反應結束后的燒瓶中確有余酸的是：

AD

（填寫編號）．
A．鐵粉     B．氯化鋇溶液      C．銀粉      D．碳酸氫鈉溶液
（3）為定量測定余酸的物質的量濃度，甲學生進行了如下設計學生設計的方案是：在反應后的溶液中加蒸餾水稀釋至1000mL，取20mL與錐形瓶中，滴入2～3滴甲基橙指示劑，用標準氫氧化鈉溶液進行滴定（已知氫氧化銅開始沉淀的pH約為5），通過測出消耗氫氧化鈉溶液的體積來求余酸的物質的量濃度．假定反應前后燒瓶中溶液的體積不變，你認為他設計的實驗方案能否求得余酸的物質的量濃度

不能

（填“能”或“不能”），其理由是

雖然甲基橙變色范圍：pH為3.1～4.4，氫氧化銅開始沉淀時的pH為5，在指示劑變色范圍之外，即中和酸時，銅離子不會消耗OH^-，但是甲基橙由紅色變成橙色、黃色時，銅離子溶液呈藍色，對觀察指示終點顏色有干擾

．
（4）現已確認，SO₂和NOx的排放是造成酸沉降的兩大罪魁禍首．汽車排放的尾氣中含有未燃燒充分的CH、以及N₂、CO₂、NO、CO等．有人設計利用反應2NO+2CON₂+2CO₂ 將有害的污染物轉化為可參與大氣循環的N₂和CO₂．
在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：

時間/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

在上述條件下反應能夠自發進行，則反應的△H

＜

 0（“＞”、“＜”、“=”）．前2h內的平均反應速率v（N₂）=

1.875×10^-4mol?L^-1?h^-1

，在該溫度下，反應的平衡常數K=

5000

．據此你認為將該反應從理論轉化為現實的最重要的研究方向是

尋找高效的催化劑

．

Answer 1

分析：（1）二氧化硫的密度比空氣大；
（2））①濃硫酸有強氧化性；
②稀硫酸與銅不反應；
③氫離子可與鐵或碳酸鹽反應；
（3）銅離子溶液呈藍色，對觀察指示終點顏色有干擾；
（4）根據反應能夠自發進行，利用△H-T△S＜0來分析該反應的焓變；根據化學反應速率的定義及2s內濃度的變化量來計算解答；根據該溫度下達化學平衡時各物質平衡時濃度及化學平衡常數的概念來計算；該反應能進行但反應速率較慢，需要用高效催化劑．

解答：解：（1）二氧化硫的密度比空氣大，應用向上排空氣法，故答案為：；
（2）①濃硫酸有強氧化性，可與銅反應，故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）

△   .

 CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
②稀硫酸與銅不反應，隨著反應進行，硫酸被消耗，產物有水生成，所以濃硫酸變成稀硫酸，
故答案為：隨著反應進行，硫酸被消耗，產物有水生成，所以濃硫酸變成稀硫酸，反應會停止；
③根據金屬的通性，氫離子能與活潑金屬如鐵反應，若有氫氣生成，則說明有余酸；即使沒有余酸溶液中也有硫酸根，都能與氯化鋇反應生成沉淀；稀硫酸與銀不反應；氫離子能與碳酸鹽反應，若有能使澄清的石灰水變渾濁的氣體生成，則說明有余酸，故選AD；
（3）甲基橙由紅色變成橙色、黃色時，銅離子溶液呈藍色，對觀察指示終點顏色有干擾，
故答案為：不能；雖然甲基橙變色范圍：pH為3.1～4.4，氫氧化銅開始沉淀時的pH為5，在指示劑變色范圍之外，即中和酸時，銅離子不會消耗OH^-，但是甲基橙由紅色變成橙色、黃色時，銅離子溶液呈藍色，對觀察指示終點顏色有干擾；
（4）因該反應2NO+2CO

催化劑  .

2CO₂+N₂中氣體減少，則△S＜0非自發，由反應能夠自發進行，則△H-T△S＜0，即該反應一定是放熱才有可能自發進行，放熱反應的△H＜0，
由表格中的數據可知2s內NO濃度的變化量為1.00×10^-3-2.50×10^-4=7.50×10^-4，
則υ（NO）=

7.5×10-4mol/L

2s

=3.75×10^-4mol?L^-1?s^-1；
由化學反應速率之比等于化學計量數之比，則υ（N₂）=

1

2

υ（NO）≈1.875×10^-4mol?L^-1?s^-1，
由表格中的數據可知到4s時達到化學平衡，則
            2NO+2CO2CO₂+N₂
開始1.00×10^-33.60×10^-3         0     0
轉化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
則K=

(9×10-4)2?(4.5×10 -4)

(1×10 -4)2?(2.7×10-3) 2

=5000，
該反應能進行但反應速率較慢，需要用高效催化劑，
故答案為：＜；1.875×10^-4mol?L^-1?h^-1；5000；尋找高效的催化劑．

點評：本題綜合考查反應速率、反應方向、化學平衡等知識，并注重考查了學生對實驗化學的設計思路，充分體現了新課程變化，同時又注重了對高考熱點的考查，是較好的一道綜合題．