Question

为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组用碳素钢(即铁和碳的合金)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分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是                                      。

（2）称取碳素钢6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到混合气体Y。

①甲同学认为X中除Fe³⁺之外还可能含有Fe²⁺。若要确认其中的Fe²⁺，应选用        （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KMnO₄溶液

②乙同学取560mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr +H₂SO₄反应，然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体4.66g。由此推知气体Y中SO₂的体积分数为         。

[探究二]根据上述实验中SO₂体积分数的分析，丙同学认为气体Y中还可能含有Q₁和Q₂两种气体，其中Q₁气体，在标准状况下，密度为0.0893g·L^－1。为此设计了下列探究实验装置（假设有关气体完全反应）。

（3）装置B中试剂的作用是                        

（4）分析Y气体中的Q₂气体是如何生成的                                     （用化学方程式表示）。

（5）已知洗气瓶M中盛装澄清石灰水，为确认Q₂的存在，，需在装置中添加洗气瓶M于               （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Q₁，预计实验现象应是                                                

Answer

（每空2分，共14分）

（1）铁被钝化了；   （2）①D；               ②0.80；（3）检验SO2是否除尽；

（4）C+2H2SO4CO2↑+2SO2↑+2H2O；    （5）C；

（6）D中的固体由黑变红和E中固体由白变蓝；

【解析】（1）由于在常温下，铁在浓硫酸中发生钝化，从而在铁表面形成一层致密的氧化膜，所以不再和硫酸铜溶液反应。

（2）①亚铁离子具有还原性，可以被酸性高锰酸钾溶液氧化，从而溶液褪色，据此可以鉴别，答案选D。

②硫酸钡的物质的量是0.02mol，则根据原子守恒可知，SO2的物质的量也是0.02mol。而混合气的物质的量是0.025mol，所以SO2的体积分数是0.02÷0.025＝0.80。

（3）在标准状况下，密度为0.0893g·L－1，则该气体的相对分子质量是0.0893×22.4＝2.0，所以该气体是氢气。由于SO2也能把碱石灰吸收，所以A装置的作用是除去SO2，而B中品红溶液的作用就是检验SO2是否除尽的。

（4）由于浓硫酸的强氧化性，也能把碳氧化生成CO2，所以反应的方程式是C+2H2SO4CO2↑+2SO2↑+2H2O

（5）由于CO2也能碱石灰吸收，所以要确认CO2的存在，则M应该放在B和C之间，答案选C。

（6）由于氢气具有还原性，能把氧化铜还原生成红色的铜和水，水能使无水硫酸铜变蓝，即实验现象是D中的固体由黑变红和E中固体由白变蓝。