Question

【題目】某學習小組利用下圖裝置探究銅與濃H2SO4的反應（夾持裝置和A中加熱裝置已略，氣密性已檢驗）。

資料：微量Cu2+與過量NaOH溶液發生反應：Cu2++4OH =[Cu(OH)4]2，[Cu(OH)4]2溶于甘油形成特征的絳藍色溶液。

編號	實驗用品		實驗現象
I	10mL 15mol/L 濃H2SO4溶液	過量銅片	劇烈反應，品紅溶液褪色，150℃時銅片表面產生大量黑色沉淀，繼續加熱，250℃時黑色沉淀消失。
II	10mL 15mol/L 濃H2SO4溶液	適量銅片	劇烈反應，品紅溶液褪色，150℃時銅片表面產生少量黑色沉淀，繼續加熱，250℃時黑色沉淀消失。

（1）A中反應的化學方程式是________。

（2）將裝置C補充完整并標明所用試劑________。

（3）實驗I中，銅片表面的黑色沉淀可能含CuO、Cu2S或CuS。為探究黑色沉淀的成分，取出反應后的銅片，用水小心沖洗后，進行下列操作：

i. 黑色沉淀脫落，一段時間后，上層溶液呈無色。	ii. 開始時，上層溶液呈無色，一段時間后，上層溶液呈淡藍色。

甲認為通過上述兩個實驗證明黑色沉淀不含CuO，理由是________。

②乙同學認為僅通過顏色判斷不能得出上述結論，理由是______。需要增加實驗iii，說明黑色沉淀不含CuO，實驗iii的操作和現象是_______。

（4）甲同學對黑色沉淀成分繼續探究，補全實驗方案：

編號	實驗操作	實驗現象
iv	取洗凈后的黑色沉淀，加入適量_____溶液，加熱。	黑色沉淀全部溶解，試管上部出現紅棕色氣體，底部有淡黃色固體生成。

（5）用儀器分析黑色沉淀的成分，數據如下：

150℃取樣	230℃取樣
銅元素3.2g，硫元0.96g。	銅元素1.28g，硫元0.64g。

230℃時黑色沉淀的成分是__________。

（6）為探究黑色沉淀消失的原因，取230℃時的黑色沉淀，加入濃H2SO4，加熱至250℃時，黑色沉淀溶解，有刺激性氣味的氣體生成，試管底部出現淡黃色固體，溶液變藍。用化學方程式解釋原因____。

（7）綜合上述實驗過程，說明Cu和濃H2SO4除發生主反應外，還發生著其他副反應，為了避免副反應的發生，Cu和濃H2SO4反應的實驗方案是______。

Answer 1

【答案】Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O NaOH溶液 實驗i和ii對比，上層溶液顏色不同，說明CuO與稀H2SO4反應生成Cu2+，i中上層溶液無色，說明不含Cu2+，因此黑色沉淀不含CuO。 溶液中Cu2+濃度過低，無法呈明顯的藍色 取實驗i的上層清液，加入過量NaOH溶液，再加入一定量甘油，振蕩，未觀察到絳藍色 HNO3 CuS CuS+2H2SO4S↓+CuSO4+SO2↑+2H2O 將燒瓶中10mL15mol/L的濃H2SO4加熱至250℃以上，其后加入適量銅片

【解析】

（1）A中銅與濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫、水；

（2）二氧化硫屬于酸性氧化物，污染空氣；

（3）①CuO與稀H2SO4反應生成Cu2+，溶液變藍；

②溶液中Cu2+濃度過低，無法呈明顯的藍色；檢驗上層溶液是否含有Cu2+；

（4）試管上部出的現紅棕色氣體是NO2，底部淡黃色固體是S單質；

（5）根據n(Cu):n(S)可計算化學式；

（6）取230℃時的黑色沉淀，加入濃H2SO4，加熱至250℃時，黑色沉淀溶解，有刺激性氣味的氣體生成說明放出二氧化硫氣體，試管底部出現淡黃色固體S，溶液變藍說明有CuSO4生成，根據得失電子守恒配平方程式；

（7）綜合上述實驗過程可知加熱至250℃時可避免銅與濃硫酸發生副反應。

（1）A中銅與濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫、水，反應的化學方程式是Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O；

（2）二氧化硫污染空氣，所以裝置C中盛放NaOH溶液吸收二氧化硫，裝置圖為；

（3）①CuO與稀H2SO4反應生成Cu2+，溶液變藍；實驗i和ii對比，i中上層溶液無色，說明不含Cu2+，因此黑色沉淀不含CuO。

②如果溶液中Cu2+濃度過低，也無法呈明顯的藍色，所以僅通過顏色判斷不能得出黑色沉淀不含CuO的結論；根據資料信息：微量Cu2+與過量NaOH溶液發生反應：Cu2++4OH＝[Cu(OH)4]2，[Cu(OH)4]2溶于甘油形成特征的絳藍色溶液。因此說明黑色沉淀不含CuO的實驗iii的操作和現象是取實驗i的上層清液，加入過量NaOH溶液，再加入一定量甘油，振蕩，未觀察到絳藍色；

（4）黑色沉淀中加入適量硝酸發生氧化還原反應，硝酸被還原為紅棕色氣體是NO2，氧化產物是S單質；

（5）230℃取樣，銅元素1.28g，硫元0.64g，則n(Cu):n(S)=，所以230℃時黑色沉淀的成分是CuS；

（6）取230℃時的黑色沉淀，加入濃H2SO4，加熱至250℃時，黑色沉淀溶解，有刺激性氣味的氣體生成說明放出二氧化硫氣體，試管底部出現淡黃色固體S，溶液變藍說明有CuSO4生成，反應方程式是CuS+2H2SO4S↓+CuSO4+SO2↑+2H2O；

（7）將燒瓶中10mL15mol/L的濃H2SO4加熱至250℃以上，其后加入適量銅片只發生Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。