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(chǎn)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?nèi)?.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(fā)現(xiàn)燒瓶中還有銅片剩余，該小組學生根據(jù)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：    ；
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    ；
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：    （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    （填“能”或“不能”），其理由是    ．
（4）現(xiàn)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(huán)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		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(fā)進行，則反應的△H     0（“＞”、“＜”、“=”）．前2h內(nèi)的平均反應速率v（N₂）=    ，在該溫度下，反應的平衡常數(shù)K=    ．據(jù)此你認為將該反應從理論轉化為現(xiàn)實的最重要的研究方向是    ．

Answer 1

【答案】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(jù)反應能夠自發(fā)進行，利用△H-T△S＜0來分析該反應的焓變；根據(jù)化學反應速率的定義及2s內(nèi)濃度的變化量來計算解答；根據(jù)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(shù)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(chǎn)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(chǎn)物有水生成，所以濃硫酸變成稀硫酸，反應會停止；
③根據(jù)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+2CO2CO₂+N₂中氣體減少，則△S＜0非自發(fā)，由反應能夠自發(fā)進行，則△H-T△S＜0，即該反應一定是放熱才有可能自發(fā)進行，放熱反應的△H＜0，
由表格中的數(shù)據(jù)可知2s內(nèi)NO濃度的變化量為1.00×10^-3-2.50×10^-4=7.50×10^-4，
則υ（NO）==3.75×10^-4mol?L^-1?s^-1；
由化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，則υ（N₂）=υ（NO）≈1.875×10^-4mol?L^-1?s^-1，
由表格中的數(shù)據(jù)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==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(xiàn)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．