Question

【題目】工業上常用鐵質容器盛裝冷的濃硫酸。為研究鐵質材料與濃硫酸的反應，某學習小組進行了以下探究活動：

[探究一]

(1)甲同學將已去除表面氧化物的鐵釘(碳素鋼)放入冷濃硫酸中，10分鐘后移入硫酸銅溶液中，片刻后取出觀察，鐵釘表面無明顯變化，其原因是________________。

(2)甲同學另稱取鐵釘10.0 g放入25.0 mL濃硫酸中，加熱，充分應后得到溶液X并收集到氣體Y。甲同學認為X中可能含有Fe3+也可能含有Fe2+。若要確認此結論，應用_________選填序號）。

a. KSCN溶液 b. 鐵粉和KSCN溶液 c. 氨水 d. 酸性KMnO4溶液

(3)乙同學取448 mL(標準狀況)氣體Y通入足量溴水中，溴水褪色，發生反應的離子方程式為：______，然后加入足量BaCl2溶液，經適當操作后得干燥固體2.33 g。由此推知氣體Y中SO2的體積分數為_____。

[探究二]

分析乙同學實驗中SO2體積分數的結果，丙同學認為氣體Y中除水蒸氣外還可能含有Z和W氣體。為此設計了下列探究實驗裝置(圖中夾持儀器省略)。

(4)裝置B中試劑的作用是____________。

(5)丙同學認為用上圖中的D、E、F裝置可證明氣體Y中還含有Z，則Z氣體為_______(化學式)，證明Z氣體的實驗現象為__________；F裝置的作用是_________

(6)認為氣體Y中還含有W的理由是__________(用化學方程式表示)。為確認W的存在，需在裝置中添加M于_______（選填序號）。

a. A之前 b. A－B間 c. B－C間 d. C－D間

Answer 1

【答案】鐵已被鈍化 ad SO2+Br2+2H2O=4H++SO42-+2Br- 50% 檢驗SO2是否除盡 H2 固體由黑色變為紅色，且無水硫酸銅變為藍色 防止空氣中水進入到E C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O c

【解析】

(1)鐵釘(碳素鋼)放入冷濃硫酸中，濃硫酸有較強的氧化性能使鐵釘鈍化；

(2)檢驗Fe3+，可以選用硫氰化鉀溶液，檢驗Fe2+，可利用+2價Fe2+能使酸化的KMnO4褪色來檢驗；

(3)生成的SO2具有還原性，通入足量溴水中，發生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，利用硫元素的守恒，結合關系式：SO2→BaSO4求出SO2的體積分數；

(4) SO2能使品紅溶液褪色，從而檢驗SO2是否除盡；

(5)根據裝置D、E中的藥品及鐵與稀硫酸反應會生成氫氣分析；當CuO變成紅色、無水硫酸銅變藍則證明存在H2；空氣中水分加入裝置E，會干擾實驗中對水的測定；

(6)鐵釘中含有碳元素，碳與濃硫酸在加熱條件下反應生成CO2、SO2氣體；CO2能夠被堿石灰吸收，所以應該放在品紅溶液之后、堿石灰之前的位置。

(1)鐵釘(碳素鋼)放入冷濃硫酸中，濃硫酸有較強的氧化性能使鐵釘表面產生一層致密的氧化物薄膜，阻止金屬的進一步氧化，即發生鈍化現象而阻止反應進一步進行；

(2) Fe3+與SCN-反應生成紅色的Fe(SCN)3，使溶液變為血紅色，則檢驗Fe3+可以選用KSCN溶液；+2價Fe2+具有還原性，能使酸化的高錳酸鉀被還原為Mn2+而褪色，故含有Fe2+可以用酸性高錳酸鉀溶液檢驗，所以合理選項是ad正確；

(3)SO2具有還原性，通入足量溴水中，發生反應方程式為：SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，離子方程式為：SO2+Br2+2H2O=4H++SO42-+2Br-；

n(混合氣體)==0.02 mol，SO2反應后轉化為BaSO4，根據S元素守恒可得n(SO2)==0.01 mol，相同條件下氣體得到體積之比等于物質的量之比，則混合氣體中SO2的體積分數為：×100%=50%；

(4)A的作用是除去SO2，SO2具有漂白性，能使品紅溶液褪色，所以B的作用是檢驗A中的SO2是否完全除盡；

(5)稀硫酸與鐵反應生成FeSO4和H2，D、E、F裝置可以證明的Z為H2；H2還原CuO會生成水蒸氣能使白色的CuSO4粉末變藍色，同時有紅色的Cu單質生成，若黑色固體變紅，且無水硫酸銅變藍，則證明混合氣體中含有H2；裝置E用于檢驗是否有水生成，空氣中的水分干擾該實驗，所以裝置F的作用是防止空氣中水進入到裝置E中；

(6)在加熱時，不僅鐵釘中的鐵和濃硫酸反應，C也和濃H2SO4反應生成CO2、SO2和H2O，反應方程式為：C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O，W為CO2，CO2和SO2都能使澄清石灰水變渾濁，影響了對CO2的測定；又由于CO2能夠被堿石灰吸收，所以裝置M應該放在品紅溶液之后、堿石灰之前的位置，即M裝置放在B-C間，故合理選項是c。