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，某学习小组进行了以下探究活动：

[探究一]

（1）第一步：将已去除表面氧化物的铁钉（含少量碳元素）放入冷浓硫酸中，

第二步：10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面

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。取336mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应：________              _____，然后加入足量 BaCl₂溶液，经适当操作后得到干燥固体2.33g。由此推知气体Y中SO₂的体积分数为__________________。

[探究二]分析上述实验中SO₂体积分数的结果，学习小组同学认为气体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__________（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）无明显变化 铁钉表面被钝化（2分）

（2）SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4 （2分） 66.7%（2分）

（3）检验SO2是否除尽（2分） （4）C+2H2SO4 CO2↑+2SO2↑+2H2O（2分）

（5）c （2分） （6）D中固体由黑变红和E中固体由白变蓝（2分）

【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导致铁钉表面有一层氧化膜，而氧化膜与硫酸铜不反应，所以将钝化后的铁钉移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显现象，其原因是铁钉表面被氧化。

（2）铁与浓硫酸加热反应生成硫酸铁，SO2和水，SO2具有还原性，通入足量溴水中，发生反应SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，反应生成的硫酸遇到氯化钡会产生白色沉淀BaSO4，生成的二氧化硫的物质的量为0.336L÷22.4L/mol=0.015mol；根据硫原子守恒，设SO2 的物质的量为n，则

SO2 ～ BaSO4 ，

1mol 233g

n 2.33g n=0.01mol 所以二氧化硫的体积分数为0.01mol÷0.015mol×100%=66.7%。

（3）装置A的作用是除去二氧化硫，二氧化硫能使品红溶液褪色，则装置B中试剂的作用是检验二氧化硫是否除尽。

（4）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 CO2↑+2SO2↑+2H2O。

（5）Q为二氧化碳，二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水变浑浊，选择a或b受二氧化硫的影响无法判断二氧化碳的存在，选d时二氧化碳被碱石灰吸收，所以只能选c；

（6）氢气还原氧化铜会生成水蒸气，水蒸气能使白色的硫酸铜粉末变蓝色，同时有红色的铜单质生成，则若Y中含有氢气，实验现象是D中固体由黑色变红和E中固体由白变蓝。

考点：考查铁与浓硫酸反应产物的检验与判断等知识。