Question

硫酸铜受热分解生成氧化铜和气体，加热温度不同，气体成分也不同。气体成分可能含SO₂、SO₃和O₂中的一种、两种或三种。某化学课外活动小组通过设计探究性实验，测定反应产生的SO₂、SO₃和O₂的物质的量，并计算确定各物质的化学计量数，从而确定CuSO₄分解的化学方程式。实验用到的仪器如下图所示：

[提出猜想]

Ⅰ.所得气体的成分可能只含SO₃一种；

Ⅱ.所得气体的成分可能含有_______两种；

Ⅲ.所得气体的成分可能含有_______三种。

[实验探究]

实验操作过程略。已知实验结束时，硫酸铜完全分解。

(1)请你组装探究实验的装置，按从左至右的方向，各仪器接口的连接顺序为①→⑨→⑩→⑥→⑤→_______→_______→_______→_______→②(填接口序号)。

(2)若实验结束时B中量筒没有收集到水，则证明猜想_______正确。

(3)有两个实验小组进行该实验，由于加热时的温度不同，实验结束后测得相关数据也不同，数据如下：

实验小组	称取CuSO4的质量/g	装置C增加的质量/g	量筒中水的体积折算成标准状况下气体的体积/mL
一	6.4	2.56	448
二	6.4	2.56	224

请通过计算，推断出第一小组和第二小组的实验条件下CuSO₄分解的化学方程式。

第一小组：_______________________________________________________；

第二小组：_______________________________________________________。

Answer

SO2、O2 SO2、SO3、O2 ③ ④ ⑧ ⑦ Ⅰ 2CuSO42CuO＋2SO2↑＋O2↑ 4CuSO44CuO＋2SO3↑＋2SO2↑＋O2↑

【解析】

【提出猜想】

猜想Ⅱ．如果有氧气生成，则发生的化学反应是氧化还原反应，则生成的另一种气体应该是SO2；
猜想Ⅲ．硫酸铜受热分解所得气体的成分可能含有SO3、SO2、O2；
（1）实验时，根据反应装置、洗气装置、干燥装置、收集装置进行排序；
（2）若实验结束时装置B中量筒没有收集到水，说明生成的气体完全被吸收；
（3）c装置吸收的是SO2，E装置中收集的气体是O2，根据转移电子配平方程式，
实验一中n（CuSO4）==0.04mol，n（SO2）==0.04mol、n（O2）==0.02mol，根据转移电子守恒知，硫酸铜分解生成n（SO2）==0.04mol，所以该反应中没有SO3生成，
实验二中n（CuSO4）==0.04mol，n（SO2）==0.06mol，n（O2）==0.01mol，
根据转移电子守恒知，硫酸铜分解生成n（SO2）==0.02mol<0.06mol，所以生成的气体中含有SO3。

试题【提出猜想】

猜想Ⅱ．如果有氧气生成，则发生的化学反应中有电子转移，所以是氧化还原反应，则生成的另一种气体应该是SO2，因为硫酸和SO3中S元素化合价相同，所以只能是SO2；猜想Ⅲ．硫酸铜受热分解所得气体的成分可能含有SO3、SO2、O2，故答案为SO2、O2；SO3、SO2、O2；

（1）实验时，根据反应装置、洗气装置、干燥装置、收集装置进行排序，A是制取气体、B是量取生成氧气体积、C是吸收二氧化硫、D是干燥氧气、E是排水法收集氧气、F吸收三氧化硫，其实验先后顺序是制取气体、除去三氧化硫、吸收水分、吸收二氧化硫、吸收二氧化硫、干燥氧气、收集氧气，所以其排列顺序为①→⑨→⑩→⑥→⑤→③→④→⑧→⑦→②，故答案为③；④；⑧；⑦；

（2）若实验结束时装置B中量筒没有收集到水，说明生成的气体完全被吸收，因为生成二氧化硫时一定生成氧气，氧气不能被吸收，所以生成的气体只能是三氧化硫，所以I是正确的，故选I；

（3）c装置吸收的是SO2，E装置中收集的气体是O2，实验一中n（CuSO4）==0.04mol，n（SO2）==0.04mol、n（O2）==0.02mol，根据转移电子守恒知，硫酸铜分解生成n（SO2）==0.04mol，所以该反应中没有SO3生成，再结合原子守恒配平方程式为2CuSO42CuO+2SO2↑+O2↑；

实验二中n（CuSO4）==0.04mol，n（SO2）==0.06mol，n（O2）==0.01mol，根据转移电子守恒知，硫酸铜分解生成n（SO2）==0.02mol＜0.06mol，所以生成的气体中含有SO3，根据SO3+2NaHSO3=Na2SO4+2SO2+H2O知，生成n（SO3）=×1=0.02mol，所以n（SO2）：n（SO3）：n（O2）=0.02mol：0.02mol：0.01mol=2：2：1，根据原子守恒配平方程式得4CuSO44CuO+2SO2↑+2SO3↑+O2↑，故答案为2CuSO42CuO+2SO2↑+O2↑；4CuSO44CuO+2SO2↑+2SO3↑+O2↑。

【点晴】

本题考查性质实验方案设计，侧重考查学生实验操作、分析问题、解答问题能力，明确实验原理是解本题关键，知道实验仪器连接顺序，知道各个仪器中试剂的作用。本题的易错点和难点是氧化还原反应方程式的书写。