Question

（14分）工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：

（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）另称取铁钉6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。

①甲同学认为X中除Fe³⁺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．NaOH溶液

c．浓氨水                     d．酸性KMnO₄溶液

②乙同学取336mL（标准状况）气体Y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，经适当操作后得干燥固体2.33g。由此推知气体Y中SO₂的体积分数为    。

分析上述实验中SO₂体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含有H₂和Q气体。为此设计了下列探究实验装置（图中夹持仪器省略）。

（3）装置B中试剂的作用是                                          。

（4）认为气体Y中还含有Q的理由是                       （用化学方程式表示）。

（5）为确认Q的存在，需在装置中添加M于             （选填序号）。

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H₂，预计实验现象应是                。

Answer

（1）铁钉遇冷浓硫酸发生了钝化

（2）①d ②66.7%

（3）检验SO2是否除尽

（4）C +2H2SO4 （浓）CO2↑+ 2SO2↑+ 2H2O

（5）c （6）D中固体由黑变红和E中固体变蓝

【解析】

试题分析：（1）因为在常温下，铁与冷浓硫酸发生钝化反应，铁的表面覆盖一层致密的氧化膜，所以将钝化的铁钉放入硫酸铜溶液中，无现象；

（2）①a、因为含有铁离子，若选择KSCN溶液和氯水，则铁离子的存在对亚铁离子的检验带来干扰，所以不能选择KSCN溶液和氯水来检验，错误；b、氢氧化钠与亚铁离子、铁离子均反应生成沉淀，且氢氧化铁为红褐色沉淀，所以不能判断氢氧化亚铁沉淀的存在，不能检验亚铁离子，错误；c、氨水与铁离子、亚铁离子的反应现象与氢氧化钠的相同，也不能检验亚铁离子，错误；d、亚铁离子检验还原性，可使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以用酸性高锰酸钾溶液可检验亚铁离子，答案选d；

②2.33g固体为硫酸钡，其物质的量是2.33g/233g/mol=0.01mol，根据S元素守恒，则Y气体中二氧化硫的物质的量也是0.01mol，标准状况下的体积是0.01mol×22.4L/mol=0.224L=224ml，所以Y气体中二氧化硫的体积分数是224mL/336mL×100%=66.7%；

（3）因为确定Y气体中含有二氧化硫，所以装置A的作用是除去二氧化硫，B的主要是检验二氧化硫是否除尽；

（4）铁与热浓硫酸反应生成二氧化硫气体，与稀硫酸反应生成氢气，而还含有Q气体，说明Fe不纯。可能含有C杂质，而C与浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫、水，则Q为二氧化碳气体，化学方程式是C +2H2SO4 （浓） CO2↑+ 2SO2↑+ 2H2O；

（5）二氧化硫被除去后，若含有二氧化碳，则能使澄清石灰水变浑浊，而碱石灰能吸收二氧化碳，所以N装置应添加在B与C之间，答案选c；

（6）若Y中含有氢气，则氢气与氧化铜反应生成水和Cu，水可以用无水硫酸铜固体来检验，则看到的现象是D中固体由黑变红和E中固体变蓝。

考点：考查对Fe、C与浓硫酸反应的评价，实验的设计，化学方程式的书写，现象的判断