Question

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，某学习小组进行以下探究活动：

【探究一】

（1）将已除去表面氧化物的铁钉（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）另取铁钉放入一定量浓硫酸中加热，充分反应后得到溶液X并收集到干燥气体Y。

①甲同学认为X中可能含有Fe³⁺和Fe²⁺。若要确认其中的Fe²⁺，应选用_   ___（填序号）。

a．KSCN溶液    b．铁氰化钾溶液    c．盐酸

②乙同学取448mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应的离子方程式为               ，充分反应后，加入足量BaCI₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g。可推知气体Y中SO₂的体积分数为         。

【探究二】

据探究一所测SO₂的体积分数，丙同学认为气体Y中可能还含有CO₂和Q气体，因此设计了下列实验装置（图中夹持仪器省略，实验前已将装置中空气排尽）进一步探究。

（3）装置A中的现象是            ，其作用是                    。

（4）为判断CO₂是否存在，需将装置M添加在        。（填序号）；

a．A之前    b．A～B之间    c．B-C之间    d．C～D之间

若存在CO₂，则产生CO₂气体的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为        。

（5）若C中固体变红，D中固体变蓝，则Q是    （填化学式），产生该气体的原因是         。

（6）若某气体可能由CO₂、SO₂、H₂中的一种或多种组成，经测定其中氧的质量分数为50%，则该气体的组成可能为           （填序号）。

a．SO₂    b．H₂、SO₂    c．H₂、CO₂    d．CO₂、SO₂    e．SO₂、CO₂、H₂

Answer

（1）铁在冷的浓硫酸中钝化 （2）①b ②SO2+Br2+2H2O＝4H＋+2Br－+SO42－；50%

（3）溶液颜色变浅；除去SO2并检验SO2是否除尽 （4）b；2：1

（5）H2；随着反应进行，浓硫酸变稀，铁与稀硫酸反应产生氢气 （6）ace

【解析】

试题分析：（1）铁钉放入冷硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化阻止反应进一步进行；

（2）①亚铁离子能与铁氰化钾溶液反应产生蓝色沉淀，答案选b。

②SO2具有还原性，通入足量溴水中，发生反应的离子方程式为SO2+Br2+2H2O＝4H＋+2Br－+SO42－；生成的硫酸遇到氯化钡会产生白色沉淀，则n（混合气体）＝0.336L÷22.4L/mol＝0.015mol；

SO2 ～BaSO4

1mol 233g

n 2.33g

n＝0.01mol

Y气体的物质的量是0.448L÷22.4L/mol＝0.02mol

所以二氧化硫的体积分数为：×100%＝50%；

（3）SO2会干扰CO2的检验，所以A的作用是除去二氧化硫并检验二氧化硫是否除尽；

（4）由于碱石灰能吸收CO2，所以在检验Q气体之前首先检验CO2，因此M应该放在A～B之间，答案选b；在加热时，铁钉中不仅铁和浓硫酸反应，碳也和浓硫酸反应生成生成二氧化硫、二氧化碳和水，反应方程式为C+2H2SO4（浓硫酸）CO2 ↑+2SO2↑+2H2O，其中氧化剂是浓硫酸，还原剂是碳，因此反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1。

（5）若C中固体变红，说明有红色的铜单质生成；D中固体变蓝，说明有水生成，因此Q是氢气。这是由于浓硫酸变稀，铁与稀硫酸反应产生氢气。

（6）若某气体可能由CO2、SO2、H2中的一种或多种组成，经测定其中氧的质量分数为50%，由于SO2中氧元素的质量分数是50%，而CO2中氧元素的质量分数大于50%，所以则该气体的组成可能为SO2或 H2、CO2或SO2、CO2、H2，答案选ace。

考点：考查浓硫酸、二氧化硫的性质及亚铁离子、铁离子、气体的检验以及物质组成判断等