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．K₃Fe(CN)₆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）（2分）铁钉表面形成致密的氧化物薄膜，阻止铁和硫酸铜反应（或其他合理答案）

（2）（2分）①bd （2分）②66.7%（或其他合理答案）

（3）（2分）检验SO2是否除尽

（4）（2分）C+2H2SO4(浓) CO2+2SO2+2H2O

（5）（2分）c

（6）（2分）D中固体由黑变红和E中固体由白变蓝

【解析】

试题分析：（1）当铁钉表面的锈被除去后，就得到裸露的铁，在室温下浓硫酸和铁能发生钝化现象，即铁钉表面形成致密的氧化物薄膜，阻止铁和硫酸铜反应，因此不能观察带任何现象；（2）①在加热的条件下，铁与浓硫酸反应反应，要证明Fe2+的存在，加入的物质能和二价铁离子反应且有明显现象，二价Fe2+有强还原性，所以应该选取有氧化性的物质，a．KSCN溶液和Fe2+不能发生反应当再加入氯水时，发生反应：2Fe2++Cl2=Fe3++2Cl- ，Fe3+与KSCN发生络合反应是溶液变为血红色，但是原溶液中含有Fe3+，因此不能证明是否含有Fe2+ ，错误；b．向待测溶液中加入K3Fe(CN)6溶液，溶液会变为蓝色，可以证明Fe2+存在，正确；c．由于原溶液中含有Fe3+，当加入浓氨水时，会产生红褐色的Fe(OH)3沉淀，即使原溶液中含有Fe2+ ，当加入浓氨水时，会产生白色的Fe(OH)2沉淀，会被红褐色覆盖，不能鉴定是否存在，错误；d．酸性KMnO4溶液有强的氧化性，可以把Fe2+氧化Fe3+，酸性KMnO4溶液的紫色褪色，反应现象明显，可以鉴定Fe2+的存在，正确；故选bd。②发生的反应是：SO2+Br2+2H2O =2HBr+H2SO4，BaCl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl。可知根据沉淀是硫酸钡，其物质的量是0.01mol，根据S原子守恒，二氧化硫的物质的量是0.01mol，V(SO2)= n∙Vm=0.01mol×22.4L/mol=0.224L= 224mL，则其体积分数是(224mL÷336ml) ×100%=66.7%。（3）高锰酸钾有强的氧化性，可以与还原性气体SO2发生反应将其除去，因此高锰酸钾溶液的作用是吸收二氧化硫，是否除去可以用品红溶液检验，若不褪色，就证明SO2已经除尽。（4）气体Y中含有SO2，由于浓硫酸有强的氧化性，可以与钢中的碳在加热时发生氧化还原反应C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O，使气体中含有CO2，随着反应的进行，硫酸变为稀硫酸，这时与铁发生置换反应产生氢气，所以Y中含SO2、CO2、H2。（5）M装置是检验二氧化碳是否存在，为防止二氧化硫的干扰，应该在B之后，C干燥之前用澄清石灰水检验，正确选项是c。（6）如果气体Y中含有H2，由于氢气具有还原性，能和黑色的氧化铜反应生成红色的铜，反应方程式是：H2+CuOCu+ H2O，所以观察到的现象是：D中固体由黑变红和E中固体由白变蓝。

考点：考查铁质材料与热浓硫酸反应的成分的检验方法及试剂的选择、装置连接的知识。