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BaC1₂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．CO₂、SO₂、H₂

Answer

（1）铁在冷的浓硫酸中钝化；

（2）①b；②SO2+Br2+2H2O=4H++ SO42-+2Br-；50%

（3）溶液颜色变浅；除去SO2并检验SO2是否已除尽

（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） 铁在冷的浓硫酸中钝化，表面生成了致密的氧化膜，因此放入硫酸铜溶液中，无明显变化，故答案为：铁在冷的浓硫酸中钝化；

（2） ①a．KSCN溶液可以用来检验Fe3+，与Fe2+无明显现象，a错误；b．铁氰化钾K3[Fe（CN）6]溶液与Fe2+的溶液反应生成具有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀，离子方程式为：3Fe2++2[Fe（CN）6]3-═Fe3[Fe（CN）6]2↓，b正确；c．Fe2+与盐酸无明显现象，c错误；故选b；

②将SO2通入足量溴水中发生反应SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，反应的离子方程式为SO2+Br2+2H2O=4H++ SO42-+2Br-；加入足量BaC12溶液，H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl，所以硫酸钡和二氧化硫之间的关系式为SO2~BaSO4，设二氧化硫的体积为V，

SO2 ~ BaSO4，

22.4L 233g

V 2.33g

V=0.224L=224mL，所以二氧化硫的体积分数=×100%=50%，故答案为：SO2+Br2+2H2O=4H++ SO42-+2Br-；50%；

（3）二氧化硫能够被酸性高锰酸钾溶液氧化，故装置A中的现象是溶液颜色变浅，甚至褪色，其作用是除去SO2并检验SO2是否已除尽，故答案为：溶液颜色变浅；除去SO2并检验SO2是否已除尽；

（4）根据装置图，B中碱石灰可以吸收二氧化碳，然后称重来判断CO2是否存在，但进入B之前，需要除去气体中的水蒸气，应在B之前添加干燥装置；生成二氧化碳的反应为2 H2SO4+C=CO2↑+2 SO2↑+2 H2O，反应中浓硫酸是氧化剂，碳是还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2:1。故答案为：b；2:1；

（5）若C中固体变红，表明Q具有还原性，D中固体变蓝，表明生成了水，则Q是H2；产生氢气的原因是随着反应进行，浓硫酸变稀，铁与稀硫酸反应产生氢气，故答案为：H2；随着反应进行，浓硫酸变稀，铁与稀硫酸反应产生氢气

（6）经测定其含氧量为50%；氢气中不含氧元素；通过计算，一氧化碳中氧元素的质量分数为57%，二氧化硫中氧元素的质量分数为50%．因此如果是一种物质就只能是二氧化硫；如果是两种物质，只能是由H2和CO组成；还可以由H2、CO和SO2三种物质组成，故选ace。

考点：考查了浓硫酸的性质、合金与酸的反应、化学计算的相关知识。