Question

铁是日常生活中用途最广、用量最大的金属材料。

(1)常温下，可用铁质容器盛装浓硫酸的原因是                                   。

（2）某实验小组利用右图装置验证铁与水蒸气的反应。

①湿棉花的作用是      ，试管中反应的化学方程式是                                  。

②实验结束后，取出少量反应后的固体于试管中，加入过量盐酸，固体完全溶解，所得溶液中存在的阳离子是            （填序号）。

a．一定有Fe²⁺、H⁺和Fe³⁺          b．一定有Fe²⁺、H⁺，可能有Fe³⁺   

c．一定有Fe²⁺、Fe³⁺，可能有 H⁺    d．一定有Fe³⁺、H⁺，可能有Fe²⁺

（3）另称取一定量的铁钉放入适量的浓硫酸中，加热，充分反应后收集气体。经测定气体中含有SO₂、CO₂和H₂。

① 铁与浓硫酸反应的化学方程式是                                              。

② 气体中混有CO₂的原因是（用化学方程式表示）                                  。

③ 将672 mL（标准状况）收集到的气体通入足量溴水中，发生反应：

SO₂ + Br₂ + 2H₂O = 2HBr + H₂SO₄，然后加入足量BaCl₂溶液，经洗涤、干燥得到固体4.66 g。由此推知收集到的气体中SO₂的体积分数是        。

Answer

（1）浓硫酸具有强氧化性，在铁表面生成一层致密的氧化膜

（2）①提供水蒸气   3Fe+4H2O(g)  Fe3O4+4H2     ②b

（3）①2Fe+6H2SO4(浓)  Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O

②C+2H2SO4(浓)   CO2↑+2SO2↑+2H2O            ③66.7%

【解析】（1）由于浓硫酸具有强氧化性，铁在浓硫酸中发生钝化，在铁表面生成一层致密的氧化膜，所以可用铁质容器盛装浓硫酸。

（2）①反应物还有水蒸气，所以湿棉花的作用是提供水蒸气，反应的方程式为3Fe+4H2O(g)  Fe3O4+4H2 。

②由于四氧化三铁中含有＋2价和＋3价的铁，而铁离子氧化性强于氢离子的，所以首先氧化可能剩余的单质铁，因此溶液中一定含有亚铁离子，所以只有选项b正确。

（3）①在加热的条件下，浓硫酸和铁反应的方程式为2Fe+6H2SO4(浓)  Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O。

②由于铁中含有杂质碳，碳能被浓硫酸氧化生成CO2，方程式为C+2H2SO4(浓)  CO2↑+2SO2↑+2H2O。

③白色沉淀是硫酸钡，物质的量是0.02mol，则根据S原子守恒可知，SO2是0.02mol，所以气体中SO2的体积分数是0.02÷0.03×100％＝66.7％。