长沙市第21中学 邵国光
一、方案设计型
例1．（2011北京高考）甲、乙两同学为探究SO2与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色BaSO3-沉淀，用下图所示装置进行实验（夹持装置和A中加热装置已略，气密性已检验）
实验操作和现象：
操作
现象
关闭弹簧夹，滴加一定量浓硫酸，加热
A中有白雾生成，铜片表面产生气泡
B中有气泡冒出，产生大量白色沉淀
C中产生白色沉淀，液面上方略显浅棕色并逐渐消失
打开弹簧夹，通入N2,
停止加热，一段时间后关闭
___________________
从B、C中分别取少量白色沉淀，加稀盐酸
均未发现白色沉淀溶解
(1)A中反应的化学方程式是_________________。
(2)C中白色沉淀是__________________，该沉淀的生成表明SO2具有___________性。
(3)C中液面上方生成浅棕色气体的化学方程式是_____________________。
(4)分析B中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因，甲认为是空气参与反应，乙认为是白雾参与反应。
1为证实各自的观点，在原实验基础上：
甲在原有操作之前增加一步操作，该操作是_____________;
乙在A、B间增加洗气瓶D，D中盛放的试剂是_____________。
2进行实验，B中现象：
甲
大量白色沉淀
乙
少量白色沉淀
检验白色沉淀，发现均不溶于稀盐酸。结合离子方程式解释实验现象异同的原因：__________。
(5)合并（4）中两同学的方案进行试验。B中无沉淀生成，而C中产生白色沉淀，由此得出的结论是_______________。
解析：
（1）浓硫酸具有强氧化性，在加热时可以氧化单质铜，生成硫酸铜、二氧化硫和水，方程式为2H2SO4(浓)＋Cu
CuSO4＋2H2O＋2SO2↑；
（2）SO2溶于水显酸性，而在酸性条件下NO3－具有氧化性可将SO2氧化成硫酸，从而生成既不溶于水也不溶于酸的硫酸钡沉淀，这说明SO2具有还原性；而NO3－被还原成NO气体，由于试剂瓶中的空气将NO氧化成NO2，因此会出现浅棕色气体，方程式为2NO+O2=2NO2；
（3）见解析（2）
（4）①要排除空气参与反应，可在反应之前先通入氮气一段时间，将装置中的空气排出；由于铜和浓硫酸反应放热，因此产生的白雾中含有硫酸，为防止硫酸干扰后面的反应，需要饱和的NaHSO3溶液除去二氧化硫中混有的硫酸杂质；②甲仅仅是排除了空气，但并没有除去二氧化硫中混有的硫酸，因此会产生大量沉淀，方程式为SO42－＋Ba2＋=BaSO4↓；而乙虽然排除了二氧化硫中混有的硫酸，但没有排尽空气，由于在溶液中空气可氧化二氧化硫生成硫酸，所以也会生成硫酸钡沉淀，方程式为2Ba2＋＋2SO2＋O2＋2H2O=2BaSO4＋4H＋。但由于白雾的量要远多于装置中氧气的量，所以产生的沉淀少。
（5）通过以上分析不难得出SO2与可溶性钡的强酸盐不能反应生成白色BaSO3-沉淀。
答案：（1）2H2SO4(浓)＋Cu
CuSO4＋2H2O＋2SO2↑；
（2）BaSO4 还原
（3）2NO+O2=2NO2；
（4）①通N2一段时间，排除装置的空气 饱和的NaHSO3溶液
②甲：SO42－＋Ba2＋=BaSO4↓；乙：2Ba2＋＋2SO2＋O2＋2H2O=2BaSO4＋4H＋；白雾的量要远多于装置中氧气的量
（5）SO2与可溶性钡的强酸盐不能反应生成BaSO3-沉淀
二、物质制备型
例2．（2011上海）CuSO4·5H2O是铜的重要化合物，有着广泛的应用。以下是CuSO4·5H2O的实验室制备流程图。
根据题意完成下列填空：
（1）向含铜粉的稀硫酸中滴加浓硝酸，在铜粉溶解时可以观察到的实验现象： 、 。
（2）如果铜粉、硫酸及硝酸都比较纯净，则制得的CuSO4·5H2O中可能存在的杂质是 ，除去这种杂质的实验操作称为 。
（3）已知：CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2↓+ Na2SO4
称取0.1000 g提纯后的CuSO4·5H2O试样于锥形瓶中，加入0.1000 mol/L氢氧化钠溶液28.00 mL，反应完全后，过量的氢氧化钠用0.1000 mol/L盐酸滴定至终点，耗用盐酸20.16 mL，则0.1000 g该试样中含CuSO4·5H2O g。
（4）上述滴定中，滴定管在注入盐酸之前，先用蒸馏水洗净，再用 。
在滴定中，准确读数应该是滴定管上蓝线 所对应的刻度。
（5）如果采用重量法测定CuSO4·5H2O的含量，完成下列步骤：
① ②加水溶解③加氯化钡溶液，沉淀④过滤（其余步骤省略）
在过滤前，需要检验是否沉淀完全，其操作是
（6）如果1.040 g提纯后的试样中含CuSO4·5H2O的准确值为1.015 g，而实验测定结果是l.000 g 测定的相对误差为 。
解析：本题主要考察实验现象等观察、物质的提纯，中和滴定、实验过程设计及有关计算。
答案：（1）溶液呈蓝色，有红棕色气体生成
（2）Cu(NO3)2 重结晶
（3）0.0980
（4）标准盐酸溶液润洗2～3次 粗细交界点
（5）称取样品 在上层清液中继续滴加加氯化钡溶液，观察有无沉淀产生
（6）－1.5%（－1.48%）
三、性质验证型
例3（2010年福建卷25题）工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
[探究一]
（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移人硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是 。
（2）另称取铁钉6.0g放入15.0ml浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液X并收集到气体Y。
①甲同学认为X中除
外还可能含有
。若要确认其中的
，应先用____________(选填序号）。
a．KSCN溶液和氯水 b．铁粉和KSCN溶液
c．浓氨水 d．酸性
溶液
②乙同学取336ml（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应：
然后加入足量
溶液，经适当操作后得干燥固体2．33g。由于此推知气体Y中
的体积分数为 。
[探究二]
分析上述实验中
体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含有
和Q气体。为此设计了下列探究实验状置（图中夹持仪器省略）。
（3）装置B中试剂的作用是 。
（4）认为气体Y中还含有Q的理由是 （用化学方程式表示）。
（5）为确认Q的存在，需在装置中添加M于 （选填序号）。
a．A之前 b．A-B间
c．B-C间 d．C-D间
（6）如果气体Y中含有
，预计实验现象应是 。
（7）若要测定限定体积气体Y中
的含量（标准状况下约有28ml
），除可用测量
体积的方法外，可否选用质量称量的方法？做出判断并说明理由 。
解析：本题综合考查元素化合物知识、提出假设并设计实验方案的能力和文字表达能力，开放性较强。主要考查了：①浓硫酸的强氧化性，C、S与Fe及其化合物的性质。②提纯除杂方法及除杂提纯剂的选择、实验结果的处理等知识。③设计实验的能力及文字表达能力。
（1）铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化阻止反应进一步进行。
（2）+2价亚铁离子能使酸化的高锰酸钾褪色，溶液中已经有+3价铁离子，选择a会造成干扰，选c会造成两种沉淀，受氢氧化铁颜色的影响无法辨别
（3）A除去
，B可以检验A中是否完全除去
（4）（4）C+2H2SO4（浓）
CO2↑+2SO2↑+2H2O
（5）Q为
，它与二氧化硫一样都能使澄清石灰水便浑浊，选择a或b受二氧化硫的影响无法判断Q的存在；选择d，Q被碱石灰吸收。
（6）氢气还原氧化铜会生成水蒸气能使白色的硫酸铜粉末变蓝
（7）中学阶段的质量称量选择托盘天平，分度值0.1g，无法精确称量出差量。
答案如下：
（1）铁钉表面被钝化
（2）① d ②66.7%
（3）检验SO-2是否除尽
（4）C+2H2SO4（浓）
CO2↑+2SO2↑+2H2O
（5）c
（6）D中固体由黑变红和E中固体自由变蓝
（7）否，用托盘天平无法称量D或E的差量 可，用分析天平称量D或E的差量。
四、离子检验型
例4（全国卷）三位学生设计了下述三个方案，并都认为：如果观察到的现象和自己设计的
方案一致，即可证明溶液中含有SO42—。
试评价上述各方案是否严密，并说明理由。
解析：方案甲向试液加BaCl2溶液，生成的白色沉淀有两种可能：一种是AgCl沉淀，一种是BaSO4沉淀，且都不溶于稀盐酸，不能证明溶液中有SO42—。方案乙先向试液中加稀盐酸，不产生沉淀，排除了Ag+的可能，然后再向此溶液中加入BaCl2溶液，只有BaSO4 沉淀是不溶于水也不溶于酸的白色沉淀，由此可证明溶液中含有SO42—。方案丙用硝酸代替了盐酸，硝酸具有强氧化性，可将SO32—氧化成SO42—，因此不能排除SO32—的干扰。
答案：方案甲不严密，因为含有Ag+而不含SO42—的溶液也会出现同样的现象。
方案乙严密，因为先向试液中加稀盐酸，无沉淀，排除了Ag+的干扰。
方案丙不严密，因为它不能排除SO32—的干扰。
五、原理探究型
例5（江苏卷）有两个实验小组的同学为探究过氧化钠与二氧化硫的反应，都用如下图所示的装置进行实验。通入SO2气体，将带余烬的木条插入试管C中，木条复燃。
请回答下列问题：
（1）第1小组同学认为Na2O2与SO2反应生成了Na2SO3和O2，该反应的化学方程式是：
（2）请设计一种实验方案证明Na2O2与SO2反应生成的白色固体中含有Na2SO3。
（3）第2小组同学认为Na2O2与SO2反应除了生成Na2SO3和O2外，还有Na2SO4生成。为检验是否有Na2SO4生成，他们设计了如下方案：
上述方案是否合理? 。
请简要说明两点理由：
① ；
② 。
解析：过氧化钠与二氧化硫的反应教材上并没有涉及，所以对该反应的产物的实验探究是有实际意义的。要想证明反应中有亚硫酸钠生成，就要应用亚硫酸钠的性质进行检验，当然可以应用它的还原性反应（如使酸性高锰酸钾溶液褪色等），最明显的就是应用和强酸反应产生的二氧化硫的漂白性检验。
第二小组的检验硫酸钠的方案不合理的原因主要是没有考虑到亚硫酸钠的干扰，因为亚硫酸钠溶液和氯化钡溶液反应生成亚硫酸钡沉淀，该沉淀遇到稀硝酸转化为硫酸钡也不溶解，所以检验失败。另外一个原因就是过氧化钠具有强氧化性，溶于水后也可以将亚硫酸钠氧化为硫酸钠。
答案：（1）2Na2O2+2SO2=2Na2SO3+O2
（2）取白色固体，加稀硫酸，将产生的气体通入品红溶液中，品红褪色，证明白色固体中含有Na2SO3。
（3）不合理
①稀硝酸能将亚硫酸钡氧化为硫酸钡
②如果反应后的固体中还残留Na2O2，它溶于水后能将亚硫酸根氧化成硫酸根
六、综合创新型
例6．某校化学课外兴趣小组为探究铜跟浓硫酸的反应情况，用图所示装置先进行了有关创新实验：
⑴.B是用于收集实验中产生气体的装置，但未将导管画完整，请在图中把导气管补充完整。
⑵.实验中取6.4g铜片和12mL18mol.L-1浓硫酸放在园底烧瓶中共热，直到反应完全，最后发现烧瓶中还有铜片剩余，该小组同学根据所学的化学知识认为还有一定量的硫酸剩余。
①写出铜跟浓硫酸反应的化学方程式：________________________________________。
②为什么有一定量的余酸但未能使铜片完全溶解，其原因是______________________。
③下列药品中能够用来证明反应结束后的烧瓶中确有余酸的是：____________（填空字母编号）
A.铁粉 B.氯化钡溶液 C.银粉 D.碳酸氢钠溶
（3）.为定量测定余酸的物质的量浓度，甲、乙两组同学进行了如下设计：
①甲组设计方案是：先测定铜与浓硫酸反应产生SO2的量，再计算余酸的物质的量浓度。他们认为测定SO2的量的方法有多种，请问下列实验方案可行的是___________________（填写字母编号）。
A.将装置A产生的气体缓缓通过预先称量过盛有碱石灰的干燥管，结束反应后再次称量
B.将装置A产生的气体缓缓通入足量用稀硫酸酸化的高锰酸钾溶液，再加入足量的氯化钡溶液，过滤、洗涤、干燥，称量沉淀。
C.用排水法测定装置A产生气体的体积（已折算成标准状况）。
D.将装置A产生的气体缓缓通入足量的氢氧化钡溶液，反应完全后，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀。
E.将装置A产生的气体缓缓通入足量硝酸酸化的硝酸钡溶液，反应完全后，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀。
请你对不可行的方案进行分析（可以不填满）：
方案序号
分 析
误差（偏低、偏高）
改变措施
②乙组同学设计的方案是：在反应后的溶液中加蒸馏水稀释致1000mL，取20mL于锥形瓶中，滴入2～3滴甲基橙指示剂，用标准NaOH溶液进行滴定（已知Cu(OH)2开始沉淀的pH约为5），通过测出消耗NaOH溶液的体积来求余酸的物质的量浓度，假定反应前后烧瓶中溶液的体积不变，你认为乙组同学设计的实验方案能否求得余酸的物质的量浓度______ （填“能”或“不能”），其理由是__________________。
（4）请再设计其他可行的实验方案，来测定余酸的物质的量浓度，简要写出操作步骤及需要测定的数据（不必计算）_____________________。
解析：本题是源于教材实验的原创题。理解实验原理是解实验题的关键：
（1）用排空气法收集二氧化硫，因为二氧化硫比空气重，所以用向上排空气法收集，即导管插入集气瓶底部，将空气从下至上排出。
（2）铜与浓硫酸反应是一个进程反应，随着反应进行，硫酸浓度降低，稀硫酸与铜不反应，所以无论铜是否过量，硫酸都不能完全反应；检验有硫酸剩余，加入试剂与硫酸反应有明显现象即可，但是不能通过检验SO42-来推断，因为硫酸铜含有SO42-，题示的四种物质中，A、D可以检验是否剩余硫酸。
（3）①测定二氧化硫体积必须防止其他因素干扰，否则实验误差太大。A中碱石灰吸收二氧化硫和水，所以称得净增碱石灰质量大于产生的二氧化硫质量；B中加入用稀硫酸酸化的高锰酸钾溶液，其中的H2SO4也与氯化钡反应生成沉淀，导致沉淀质量增大；C中二氧化硫部分溶于水，亚硫酸酸性较碳酸强。SO2 + H2O= H2SO3，收集到的二氧化硫体积比实际的少。D中SO2 + Ba（OH）2 = BaSO3↓+ H2O，2BaSO3 + O2 = 2BaSO4 ，所以测得质量增大，测得剩余硫酸量偏低。
②乙方案通过中和滴定测定剩余硫酸，甲基橙变色范围内氢氧化铜不沉淀，但是，甲基橙由红色变成橙色时，铜离子溶液呈蓝色干扰了对指示终点的观察（易错点！），所以不能测定。注意：不能用中和滴定的方法测定剩余硫酸溶液浓度。
（4）这是本题的最大亮点：开放思维。反应前硫酸和铜的量都已知，反应后混合物中有铜、稀硫酸、硫酸铜。设计思路：①测铜质量；②测硫酸根离子的总量；③测稀硫酸质量等都可以达到实验目的。其中，测剩余铜的质量最简便。
答案如下：（1）如图所示。
（2）①Cu + 2H2SO4（浓）
CuSO4 + SO2↑+ 2H2O
②随着反应进行，硫酸被消耗，产物有水生成，所以浓硫酸变成稀硫酸，反应会停止。
③AD （3）①E
方案序号
分析
误差（偏低或偏高）
改变措施
A
碱石灰除吸收二氧化硫外还能吸收水，测得二氧化硫质量增大
偏低
A产生的气体先经浓硫酸干燥，后用碱石灰吸收
B
高锰酸钾溶液中含有硫酸，与氯化钡反应生成沉淀增大
偏低
将硫酸酸化的高锰酸钾溶液换成溴水或碘水或硝酸溶液
C
二氧化硫在水中以1∶40溶解，收集二氧化硫体积减少
偏高
将水换成四氯化碳、煤油等非极性溶剂
D
亚硫酸钡在空气中烘干及称重过程中部分被氧化生成硫酸钡，产生固体质量增大
偏低
先将二氧化硫用强氧化剂如溴水氧化，再加入足量的氯化钡溶液或氢氧化钡溶液
②不能 虽然甲基橙变色范围：pH为3．1~4．4，氢氧化铜开始沉淀时的pH为5，在指示剂变色范围之外，即中和酸时，铜离子不会消耗OH-，但是甲基橙由红色变成橙色、黄色时，铜离子溶液呈蓝色，对观察指示终点颜色有干扰
（4）方案一：①取反应后溶液，向其中加入足量锌；②收集并测定氢气的体积；③通过氢气量计算剩余硫酸的物质的量浓度。
方案二：①取反应后溶液，向其中加入过量的氢氧化钠溶液，至氢氧化铜完全沉淀；②过滤、洗涤、（低温）干燥、称量至恒重；③根据氢氧化铜的量计算出已反应的硫酸的量，进而计算剩余硫酸溶液浓度。
方案三：反应结束后将烧瓶中的铜片取出，洗净、烘干，称其质量即可。
方案四：反应结束后将烧瓶中的铜片取出，然后向溶液中加入足量氯化钡溶液，过滤出沉淀，洗净、干燥后称量。
2012-03-27 人教网
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