Question

【題目】濃硫酸與金屬的反應是我們一直探討和研究的重要課題之一。

Ⅰ.銅與濃硫酸反應的過程中，發現有黑色物質出現，且黑色物質為Cu2S。產生Cu2S的反應為aCu+bH2SO4cCu2S+dCuSO4+eH2O。則a：b=______.

Ⅱ.為研究鐵質材料與熱濃硫酸的反應，某學習小組用碳素鋼(即鐵和碳的合金)進行了以下探究活動：

（探究一）(1)常溫下，工業上用鐵質容器盛放冷的濃硫酸，其原因是________；

(2)鐵與濃硫酸在加熱時的化學方程式為：______________；

(3)稱取碳素鋼6.0g放入15.0ml濃硫酸中，加熱，充分反應后得到溶液X并收集到混合氣體Y。

①甲同學認為X中除Fe3+之外還可能含有Fe2+。若要確認其中的Fe2+，應選用____________；

a．KSCN溶液和氯水 b．鐵粉和KSCN溶液 c．濃氨水 d．酸性KMnO4溶液

②乙同學取560mL(標準狀況）氣體Y通入足量溴水中，發生反應后加入足量BaCl2溶液，經適當操作后得干燥固體4.66g。由此推知氣體Y中SO2的體積分數為_______；

（探究二）根據上述實驗中SO2體積分數的分析，丙同學認為氣體Y中還可能含有Q1和Q2兩種氣體，其中Q1氣體在標準狀況下密度為0.0893g/L。為此設計了下列探究實驗裝置(圖中夾持儀器省略，假設有關氣體完全反應)。

(4)裝置B中試劑的作用是__________；

(5)分析Y氣體中的氣體是如何生成的___________(用化學方程式表示)：

(6)為確認的存在，需在裝置中添加洗氣瓶M于___________；

a．A之前 b．A-B間 c．B-C間 d．C-D間

（7）如果氣體Y中含有，預計實驗現象應是_________________。

Ⅲ.將一定質量的Zn與100mL一定濃度的H2SO4充分反應：

(1)若反應前c(H2SO4)=12.0mol/L，反應后稱量剩余鋅發現質量減少了65.0g。將反應后的溶液稀釋至1L，此時溶液中c(SO42-)=______mo/L，產生SO2體積(標準狀況下)V(SO2)=______L；

(2)將(1)中產生的氣體緩緩通入100mL a mo/L NaOH溶液中，SO2和NaOH都完全消耗，則a的取值范圍為______。

Answer 1

【答案】5：4 鐵釘表面被鈍化(或其他合理答案) 2Fe+6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O d 80% 檢驗SO2是否除盡 C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O c D中固體由黑色變紅色和E中固體由白色變藍色 1 4.48 2≤a≤4

【解析】

I.根據轉移電子及原子守恒配平方程式，從而確定a、b關系；

(1)根據濃硫酸的強氧化性及Fe被氧化產物的性質分析；

(2)鐵與濃硫酸在加熱時反應產生硫酸鐵、二氧化硫和水；

(3)①亞鐵離子有還原性，能還原酸性高錳酸鉀溶液而使其褪色；

②氣體Y通入足量溴水中，發生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4反應，根據硫酸鋇與二氧化硫的關系式計算二氧化硫的體積，再根據體積分數公式計算；

(4)二氧化硫能使品紅溶液褪色，據此判斷是否含有二氧化硫；

(5)碳素鋼中含有碳，加熱條件下，碳和濃硫酸反應生成二氧化碳；

(6)用澄清石灰水檢驗二氧化碳，首先要排除二氧化硫的干擾；

(7)Q1氣體，在標準狀況下，密度為0.0893g/L，其相對分子質量為2，所以是氫氣，氫氣檢驗還原性，能含有氧化銅同時生成水，水能使無水硫酸銅變藍．

III.(1)硫酸完全反應，發生反應：Zn+2H2SO4(濃)=ZnSO4+SO2↑+2H2O，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，結合方程式計算；

(2)SO2與NaOH反應產生的鹽可能為NaHSO3、Na2SO3，也可能是二者的混合物，用極值法計算。

I. aCu+bH2SO4cCu2S+dCuSO4+eH2O中Cu元素化合價由0價變為+1價、+2價、S元素化合價由+6價變為-2價，轉移電子數為6，根據轉移電子守恒及原子守恒配平方程式為5Cu+4H2SO4Cu2S+3CuSO4+4H2O，所以a：b=5：4；

(1)中常溫下，工業上用鐵質容器盛放冷的濃硫酸，是由于濃硫酸具有強的氧化性，會將Fe表面氧化產生一層致密的氧化物薄膜，阻止金屬的進一步反應，即產生鈍化現象；

(2)在加熱時，Fe與濃硫酸發生氧化還原反應，產生硫酸鐵、二氧化硫和水，根據電子守恒、原子守恒，可得反應方程式：2Fe+6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O；

(3)①因為有Fe3+的干擾，可以利用Fe2+具有還原性、可以被酸性KMnO4溶液氧化，發生氧化還原反應使高錳酸鉀溶液褪色，故合理選項是d；

②氣體Y通入足量溴水中，發生反應，SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl，所以硫酸鋇和二氧化硫之間的關系式為SO2～BaSO4，n(SO2)=n(BaSO4)==0.02mol，所以SO2氣體的體積為V(SO2)=0.02mol×22.4L/mol=0.448l=448mL，所以二氧化硫的體積分數為(0.448mL÷560ml)×100%=80%；

(4)裝置B中試劑是品紅溶液，其作用是檢驗二氧化硫是否除盡；

(5)碳素鋼中含有碳，加熱條件下，碳能和濃硫酸反應生成二氧化硫、二氧化碳和水，反應方程式為C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O；

(6)二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水變渾濁，但二氧化硫還能使品紅溶液褪色，所以要檢驗二氧化碳必須排除二氧化硫的干擾，B裝置是檢驗二氧化硫是否除盡，所以澄清石灰水應放置在B和C之間，即在通入堿石灰之前檢驗，故合理選項是c；

(7)Q1氣體，在標準狀況下，密度為0.0893g/L，則其摩爾質量為M=0.0893g/L×22.4L/mol=2g/mol，其相對分子質量為2，因此Q1為H2，氫氣具有還原性，能將黑色的CuO生成紅色的Cu單質，同時產生水，水能使無水硫酸銅變為藍色，這是檢驗水的特征反應，乙醇若D中氧化銅變紅，E中無水硫酸銅變藍，則證明含有氫氣；

III.(1) 一定質量的Zn與100mL12.0mol/L的H2SO4的濃溶液充分反應，反應后稱量剩余鋅發現質量減少了65.0g，則參加反應Zn的物質的量為1mol，H2SO4的物質的量為n(H2SO4)=0.1L×12mol/L=1.2mol，由于硫酸都沒有剩余，設與濃硫酸反應的Zn為xmol，與稀硫酸反應的Zn為ymol，則：

Zn+2H2SO4(濃)=ZnSO4+SO2↑+2H2O，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，

x 2x x x y y y

由題意可知：x+y=1；2x+y=1.2，解得x=0.2mol，y=0.8mol，因此將反應后的溶液稀釋至1L，此時溶液中c(SO42-)==1mol/L，反應產生的SO2氣體在標準狀況下的體積V(SO2)=0.2mol×22.4L/mol=4.48L；

(2) SO2與NaOH反應產生的鹽可能為酸式鹽NaHSO3，也可能為正鹽Na2SO3，也可能是二者的混合物。若SO2與NaOH反應產生的鹽若完全為NaHSO3，根據元素守恒可得n(NaOH)=n(SO2)=0.2mol，0.1L×amol/L=0.2mol，所以a=2mol/L；若完全為正鹽Na2SO3，則n(NaOH)=2n(SO2)=0.4mol，0.1L×amol/L=0.4mol，所以a=4mol/L；若形成的鹽既含有NaHSO3，也含有Na2SO3，則需要的NaOH溶液的物質的量濃度在2到4之間，即2≤a≤4。