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(xù)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(fā)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?yōu)榛野咨�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(fā)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(fā)生了反應，我查資料發(fā)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(fā)現質量減少10%左右。

根據上述材料回答下列問題：

（1）CuSO4可由金屬銅與濃硫酸反應制備，該反應的化學方程式為______________。

（2）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_____________。

（3）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(xù)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：_______________。

（4）對A試管中的濃H2SO4和銅絲進行加熱，很快發(fā)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_____________。

（5）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】Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O 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。（或者加熱、加鹽酸檢驗SO2氣體等方法，開放題，正確即可給分） CuO、CuS、Cu2S

【解析】

(1)金屬銅與濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，據此書寫方程式；

(2)長導管除了導氣作用之外，還可以讓氣體冷凝，回流；二氧化硫和強堿的反應十分劇烈，且易溶于水；

(3)硫在加熱時能和濃硫酸反應生成二氧化硫和水，據此寫出反應的化學方程式；

(4) SO2的溶解度較大，正鹽可能轉化為酸式鹽，可以使用氫氧化鈉溶液將酸式鹽轉化為正鹽檢驗；

(5)根據實驗1、實驗2、實驗3的現象以及定量實驗的數據進行對比分析，可以確定黑色物質中有CuO、CuS、Cu2S。

(1)CuSO4可由金屬銅與濃硫酸反應制備，該反應的化學方程式為Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O，故答案為：Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O；

(2)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；二氧化硫在強堿溶液中的溶解度很大，但其不溶于四氯化碳，故可以采用四氯化碳來防止倒吸現象的發(fā)生，故答案為：導氣、冷凝、回流；防止倒吸；

(3)濃硫酸具有強氧化性，硫在加熱時能和濃硫酸反應，反應的化學方程式為S+2H2SO4(濃) 3SO2↑+2H2O，故答案為：S+2H2SO4(濃) 3SO2↑+2H2O；

(4) 對A試管中的濃H2SO4和銅絲進行加熱，很快發(fā)現C試管中品紅溶液褪色，說明生成了二氧化硫，但始終未見D試管中澄清石灰水出現渾濁或沉淀，可能是SO2溶解度較大，與澄清石灰水反應生成了Ca(HSO3)2溶液；可以加入氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成，故答案為：由于SO2溶解度較大，生成了Ca(HSO3)2溶液的緣故；取樣后，向其中加氫氧化鈉溶液，觀察是否有沉淀生成；

(5)含有銅元素的黑色物質有：CuO、CuS、Cu2S，根據實驗1、實驗2、實驗3的現象進行對比分析可知，液面上的銅絲上的黑色物質主要是不溶于稀硫酸的Cu2S，液面下的銅絲上的黑色物質一定包含可溶于稀硫酸的CuO和不溶于稀硫酸的硫化物（CuS和Cu2S至少有一種）。試管底部有黑色顆粒物質，將溶液中的黑色顆粒狀物質，經過濾、稀硫酸洗，除去了其中的CuO，蒸餾水洗、干燥后得到的硫化物放入氧氣流中加熱，然后冷卻，用電子天平稱重發(fā)現質量減少10%左右。若此硫化物全部是Cu2S，其與氧氣反應后生成CuO，固體質量不變；若硫化物全部是CuS，其與氧氣充分反應后生成CuO，質量減少16.7%，因此不溶于稀硫酸的硫化物中既有Cu2S，又有CuS。綜合以上的分析和計算，可以確定液面下方銅絲表面的黑色物質成分為CuO、CuS、Cu2S，故答案為：CuO、CuS、Cu2S。