Question

某研究性學習小組的同學為驗證濃硫酸與銅能反應而稀硫酸不能，設計了如圖所示裝置進行探究：將6.4 g銅片和含0.2 moL溶質的18.4 mol/L濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，直到無氣體生成為止。（假定在此過程溶液體積不變）

（1）甲同學認為要證實上述結論，還應進行稀硫酸與銅片混合加熱實驗，你認為有無必要，并說明理由：________________
（2）下列試劑中能夠用來進一步證明反應結束后的燒瓶中確有余酸的是：_____

A．鐵粉

B．鈉

C．氯化鋇溶液

D．銀粉

（3）為定量測定余酸的物質的量濃度，甲、乙兩位同學進行了如下設計：
Ⅰ甲同學設想：在A裝置增加一個導管通氮氣驅趕氣體（假定生成的氣體全部逸出），先測定生成的SO₂的量，然后計算剩余硫酸的濃度。他設計了如下二種方案來測定SO₂的量：
方案① 將產生的氣體緩緩通入足量用稀硫酸酸化的KMnO₄溶液，再加入足量BaCl₂溶液，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀。
方案② 將氣體緩緩通入足量硝酸鋇溶液中，然后過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀。
經仔細分析后，發現有不合理之處，請填寫下表(可以不填滿）：

序號	不合理的原因	誤差 （偏低或偏高）	改變措施
方案①
方案②

 
Ⅱ乙學生設計的方案是：分離出反應后的溶液并加蒸餾水稀釋至1000 mL，取20.00 mL于錐形瓶中，滴入2～3滴酚酞指示劑，用標準NaOH溶液進行滴定(已知氫氧化銅開始沉淀的pH約為5)，這種方法能否求出余酸的濃度，理由是_______________________________________。
（4）請再設計其他可行的實驗方案，來測定余酸的物質的量濃度，簡要寫出操作步驟及需要測定的數據（不必計算，不必寫操作細節）_____________________________________________________。

Answer 1

（1）無必要，隨著反應的進行，濃硫酸變成稀硫酸，稀硫酸與銅不反應。 （2）A
（3）I

方案序號	不合理的原因	誤差（偏低或偏高）	改變措施
方案①	高錳酸鉀溶液中含有硫酸，與氯化鋇反應，使生成的沉淀增多	偏低	將硫酸酸化的高錳酸鉀溶液換成溴水或碘水或硝酸溶液
方案②	－－	－－	－－

 
Ⅱ.不能，PH>5時，Cu²⁺會與堿反應生成沉淀，不能達到滴定終點。
（4）方案一：①取反應后溶液，向其中加入足量鋅；②收集并測定氫氣的體積；③通過氫氣量計算剩余硫酸的物質的量濃度
方案二：反應結束后將燒瓶中的銅片取出，洗凈、烘干，稱其質量即可
方案三：反應結束后將燒瓶中的銅片取出，然后向溶液中加入足量氯化鋇溶液，過濾出沉淀，洗凈、干燥后稱量。

解析試題分析：（1）開始是能硫酸與Cu發生反應：Cu＋2H₂SO₄(濃) CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O。隨著反應的進行。硫酸逐漸變稀。稀硫酸與銅片不發生反應。反應后的溶液中含有CuSO₄、H₂O及過量的H₂SO₄。要證明反應結束后的燒瓶中確有余酸，A.加入Fe粉會發生反應：CuSO₄＋Fe= FeSO₄＋Cu; H₂SO₄＋Fe= FeSO₄＋H₂↑.會有氣體產生，因此會冒出氣泡。正確。B.由于溶液中含有大量的水，無論酸是否有剩余，都會發生反應：2Na+2H₂O=2NaOH＋H₂↑。因此不能證明酸剩余。錯誤。C.溶液中含有CuSO₄，一定會發生反應：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓。不能證明酸剩余。錯誤。D.在金屬活動性順序表中Ag位于H后面，不能把酸中的氫置換出來。錯誤。因此選項為A。（3）I、方案①中KMnO₄溶液酸化是用的硫酸，因此在高錳酸鉀溶液中的SO₄^2-包括SO₂氧化產生的和外加的兩部分，這樣產生的硫酸鋇沉淀就偏多，導致剩余的硫酸偏少（或偏低）。改變的措施是采用其它的氧化劑如溴水或碘水或硝酸溶液等氧化SO₂，使其轉化為硫酸，再用氯化鋇溶液減小滴定。方案②設計合理、操作無誤。Ⅱ、用標準NaOH溶液滴定剩余硫酸時，由于在溶液中含有CuSO₄，用酚酞作指示劑，變色點為8，但氫氧化銅開始沉淀的pH約為5。Cu²⁺也會與堿反應生成沉淀，不能達到滴定終點。無法準確測定剩余硫酸的物質的量的多少。（4）其他可行的用來測定余酸的物質的量濃度實驗方案可以是方案一：①取反應后溶液，向其中加入足量鋅；②收集并測定氫氣的體積；③通過H₂量計算剩余硫酸的物質的量濃度。方案二：反應結束后將燒瓶中的銅片取出，洗凈、在N₂的環境中烘干，稱其質量即可。方案三：反應結束后將燒瓶中的銅片取出，然后向溶液中加入足量氯化鋇溶液，過濾出沉淀，洗凈、干燥后稱量。根據反應消耗的Cu的質量科確定由CuSO₄產生的沉淀的質量。進而計算出剩余酸的物質的量。在這三種方案中第三種方案可操作性更強，誤差更小。第二種方法中要在惰性氣體或N₂的環境中進行不容易進行。而第一種方法H₂的體積測量容易引起誤差，而且不容易換算為標準狀況下。容易產生誤差。
考點：考查實驗方案的設計與評價及誤差分析的知識。