Question

（16分）某研究性學習小組為研究鐵粉與濃硫酸反應所生成氣體的成份并測定各氣體的含量，進行了如下實驗：【實驗推測】足量的鐵粉與濃硫酸反應能生成SO₂和H₂兩種氣體。
（1）該小組作出此推測的理由是：                                                    。
【實驗準備】a．供選擇的藥品：鐵粉、濃硫酸、氧化銅粉末、0.2 mol/L的H₂C₂O₄標準溶液、0.1 mol/L的酸性KMnO₄標準溶液、酸堿指示劑。
b．實驗裝置設計及組裝(加熱及夾持裝置均已略去)

【實驗過程及數據處理】
（2）B中發生反應的離子方程式為：                                                  。
（3）實驗前先通入一段時間的N₂，其目的是                                           。
（4）B、C、D中所盛試劑均足量，則證實生成的氣體中同時存在SO₂和H₂的現象是       
                                                                               。
（5）A中反應結束后，繼續通N₂使A中生成的氣體全部趕出，待B、D中反應完全后，先后三次取用B中反應后的溶液于錐形瓶中，每次取用25 mL，用H₂C₂O₄標準溶液進行測定。
①H₂C₂O₄標準溶液與酸性KMnO₄溶液反應的離子方程式如下，請將該方程式完成并配平。
(  )H₂C₂O₄+(  )MnO₄^- +(  )H⁺ ＝(  )Mn²⁺ +(  ) H₂O+(  ) (      )
②反應完全的現象是                                                       。
③重復測定兩次，平均每次耗用H₂C₂O₄標準溶液15.63 mL，則鐵與濃硫酸反應產生的SO₂氣體
的物質的量為               ；經稱量，實驗前后裝置D的質量減少0.8 g，則產生的氣體中SO₂的體積分數為           。

Answer 1

（16分） （1）在加熱的條件下濃硫酸與Fe反應生成SO₂，隨著反應的進行，硫酸濃度變稀，與Fe反應生成H₂
（2） 5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O＝5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺
（3） 排除裝置中的空氣，防止H₂與空氣混合受熱發生爆炸。
（4） B瓶中溶液紫紅色變淺說明生成了SO₂，D中黑色粉末變紅說明生成了H₂。(答對一種得1分)
（5） ①5、2、6、2、8、10CO₂ 
②滴入最后一滴H₂C₂O₄溶液時KMnO₄溶液的紫紅色褪去且半分鐘之內不恢復。
③0.025 mol，              33.3%

解析試題分析：（1）在加熱的條件下濃硫酸與Fe反應生成SO₂，隨著反應的進行，硫酸濃度變稀，與Fe反應生成H₂，所以足量的鐵與濃硫酸反應產生的氣體可能是二者的混合氣體；
（2）B中發生的反應是二氧化硫與酸性高錳酸鉀溶液發生的氧化還原反應，離子方程式為5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O＝5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺
（3）實驗中產生的氫氣與空氣混合易發生爆炸，所以實驗前先通入一段時間的N₂，目的是排除裝置中的空氣，防止H₂與空氣混合受熱發生爆炸。
（4）二氧化硫與酸性高錳酸鉀反應，使溶液顏色變淺或褪色，氫氣還原氧化銅有Cu生成，使黑色固體變紅，所以實驗現象是B瓶中溶液紫紅色變淺說明生成了SO₂，D中黑色粉末變紅說明生成了H₂。
（5）①H₂C₂O₄中的C元素是+3價，產物應升高到+4價，所以空白處的產物是CO₂，升高2價，MnO₄^-中的Mn是+7價，產物中的Mn是+2價，降低5價，根據得失電子守恒，可知H₂C₂O₄的系數是5，MnO₄^-,的系數是2，從而CO₂的系數是10，Mn²⁺,的系數是2，再根據電荷守恒配平H⁺的系數是6，最后根據質量守恒配平H₂O的系數是8；
②高錳酸鉀溶液為紫色溶液，當反應完全時滴入最后一滴H₂C₂O₄溶液，KMnO₄溶液的紫色褪去且半分鐘之內不恢復；
③實驗中消耗H₂C₂O₄的物質的量是0.2 mol/L×15.63×10^-3L=3.126×10^-3mol，則反應后B溶液中的高錳酸鉀的物質的量是3.126×10^-3mol×2/5×8=0.01mol，所以用于和二氧化硫反應的高錳酸鉀的物質的量是0.1mol/L×0.2L-0.01mol=0.01mol,則B中吸收二氧化硫的物質的量是0.01mol×5/2=0.025mol；
根據D中的固體的質量的減少值，可計算氫氣的物質的量。
CuO+H₂=Cu+H₂O，   固體質量減少
1mol               16g
n                   0.8g
解得n=0.05mol,
所以混合氣體中有0.025mol的SO₂和0.05mol的H₂，實驗后二氧化硫的體積分數也是物質的量分數是0.025/(0.025+0.05) ×100%=33.3%.
考點：考查鐵與濃硫酸的反應實驗，氣體的檢驗，氧化還原反應的計算，離子方程式的書寫與配平，實驗現象的判斷，對實驗的分析