Question

某化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况，设计了如图所示装置进行有关实验：

(1)先关闭活塞a，将6.4g铜片和10mL18mol/L的浓硫酸放在圆底烧瓶中共热至反应完成，发现烧瓶中还有铜片剩余．再打开活塞a，将气球中的氧气缓缓挤入圆底烧瓶，最后铜片完全消失。

①写出上述过程中圆底烧瓶内发生反应的化学方程式：打开活塞a之前______________；打开活塞a之后______________；

②B是用来收集实验中产生的气体的装置，但集气瓶内的导管未画全，请直接在图上把导管补充完整______________；

(2)实际上，在打开活塞a之前硫酸仍有剩余．为定量测定余酸的物质的量，甲、乙两学生进行了如下设计：

①甲学生设计的方案是：先测定铜与浓硫酸反应产生SO₂的量，再通过计算确定余酸的物质的量．他测定SO₂的方法是将装置A产生的气体缓缓通过装置D，从而测出装置A产生气体的体积(已折算成标准状况下)。你认为甲学生设计的实验方案中D装置中的试剂为______________(填化学式)；

②乙学生设计的方案是：将反应后的溶液冷却后全部移入到烧杯中稀释，并按正确操作配制100mL溶液，再取20mL于锥形瓶中，用______________作指示剂，用标准氢氧化钠溶液进行滴定[已知：Cu(OH)₂开始沉淀的pH约为5]，选择该指示剂的理由为______________；再求出余酸的物质的量，若耗去amol/L氢氧化钠溶液bmL，则原余酸的物质的量为______________mol(用含a、b的表达式来表示)。

Answer

Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O 饱和NaHSO3 甲基橙 Cu(OH)2开始沉淀的pH约为5，若用酚酞作指示剂时溶液中的Cu2+会和NaOH反应，Cu(OH)2的蓝色会干扰滴定终点的正确判断

【解析】

(1)打开活塞a之前，浓硫酸和Cu在加热条件下发生氧化还原反应生成CuSO4、SO2和H2O，反应后，硫酸变成稀硫酸，与铜不反应，再打开活塞a后，Cu、O2和稀硫酸反应生成CuSO4和H2O，结合二氧化硫的密度分析解答；

(2)①用D装置测定SO2的体积必须做到不能在测量时损耗二氧化硫，据此分析解答；②由于Cu(OH)2开始沉淀的pH约为5，因此滴定操作应选择变色范围接近pH=5的指示剂，且不能生成Cu(OH)2，否则会干扰滴定终点的判断；再根据H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O计算原余酸的物质的量。

(1)①打开活塞a之前，浓硫酸和Cu在加热条件下发生氧化还原反应生成CuSO4、SO2和H2O，反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O；打开活塞a后，Cu、O2和稀硫酸反应生成CuSO4和H2O，反应的化学方程式为2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O，故答案为：Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O；2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O；

②铜跟浓硫酸反应生成了二氧化硫气体，二氧化硫的密度比空气大，可以用向上排气法收集，所以装置中的导气管应长进短出，装置图为，故答案为：；

(2)①测定SO2的量必须准确测定无气体损耗，甲用排水法测定装置A产生气体的体积，实验方案中D装置中的试剂应该与二氧化硫不反应，且二氧化硫在其中溶解度较小，二氧化硫在饱和NaHSO3溶液中的溶解度较小，所以可用排饱和NaHSO3溶液的方法测出装置A产生气体的体积，故答案为：饱和NaHSO3；

②由于Cu(OH)2开始沉淀的pH约为5，因此滴定操作应选择变色范围接近pH=5的指示剂，以减小滴定误差，故选择甲基橙作指示剂，若用酚酞作指示剂时溶液中的Cu 2+会和NaOH反应，Cu(OH)2的蓝色会干扰滴定终点的正确判断；设余酸的物质的量为n，消耗NaOH的物质的量为：a mol/L×b×10-3 L=ab×10-3 mol，根据H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O可知滴定过程中消耗H2SO4的物质的量=×ab×10-3 mol，因此原余酸的物质的量为×ab×10-3 mol×=×ab×10-3 mol，故答案为：甲基橙；Cu(OH)2开始沉淀的pH约为5，若用酚酞作指示剂时溶液中的Cu2+会和NaOH反应，Cu(OH)2的蓝色会干扰滴定终点的正确判断；×ab×10-3。