Question

某化学兴趣学习小组设计实验探究金属M与浓硫酸反应的气体产物。

[提出假设]假设1：气体产物只有SO₂；假设2：_______________。

[实验设计]为了探究金属M与浓硫酸反应产物，设计如图实验装置：一定量的浓硫酸与金属M反应。

（1） 检查上述装置气密性的一种方法是：关闭分液漏斗的活塞，在H装置后面连上一根导管，然后                          ，则证明装置的气密性良好。

（2）若B瓶里品红溶液褪色，E、F和G中都无明显现象。反应后硫酸盐中金属显＋2价。写A中发生反应的化学方程式：                       ；

（3）若假设2正确，则可观察到：F管中              ；G干燥管里               。

[实验反思] 为了进一步探究金属M成分和气体组分，进行如下实验：

称取11．2g金属M放入装置A中，加入一定量的浓硫酸，反应结束后，B瓶里品红溶液褪色，金属没有剩余，拆下G并称重，G增重0．9g。

（4）为了观察溶液颜色，实验完毕后，需要稀释烧瓶里溶液。稀释烧瓶里溶液的操作方法：         。

（5）将稀释后的溶液分装甲、乙试管，向甲试管里滴加KSCN溶液，溶液变红色；向乙试管里滴加酸性高锰酸钾溶液，振荡，溶液紫色褪去。如果烧瓶溶液中金属离子浓度相等，则气体成分及物质的量为           。试写出烧瓶里发生反应的总化学方程式                     。

Answer

假设2：气体产物有SO2 和H2（2分）

（1）将导气管插入盛有水的水槽中，微热烧瓶，若导气管冒气泡，停止加热有一段水柱上升；（2分）

（2）M＋2H2SO4（浓）MSO4 ＋SO2↑＋2H2O （2分）

（3）黑色粉末变成红色；（1分）白色粉末变为蓝色（1分）

（4）先将烧瓶中混合溶液冷却，再将混合液慢慢加入盛水的烧杯里，并不断搅拌（2分）

（5）SO2：0.20mol ；H2：0.05mol（2分）

4Fe＋9H2SO4(浓) 2FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4SO2↑＋H2↑＋8H2O （2分）

【解析】

试题分析：当金属过量时，且金属较活泼，则生成的气体中可能含有氢气，所以假设2为：气体产物有SO2和H2。

（1）检查上述装置气密性的一种方法是：关闭分液漏斗的活塞，在H装置后面连上一根导管，然后将导气管插入盛有水的水槽中，微热烧瓶，若导气管冒气泡，停止加热有一段水柱上升，则说明装置的气密性良好。

（2）反应后硫酸盐中金属显+2价，类比铜与浓硫酸的反应，M与浓硫酸反应的化学方程式为：M＋2H2SO4(浓) MSO4 ＋SO2↑＋2H2O。

（3）如果F管中黑色粉末变成红色、G中白色的无水硫酸铜变成蓝色，说明二氧化硫中混有氢气，从而证明假设2正确。

（4）浓硫酸溶于水放热，且浓硫酸的密度大于水，因此可以类比稀释浓硫酸的方法进行操作，方法为：先将烧瓶中混合溶液冷却，再将混合液慢慢加入盛水的烧杯里，并不断搅拌。

（5）向甲试管里滴加KSCN溶液，溶液变红色，说明金属M为Fe；G增重0.9g，0.9g为水的质量，则氢气的物质的量为：n（H2）=n（H2O）=0.9g÷18g/mol＝0.05mol；1.2g铁的物质的量为：n(Fe)=11.2g÷56g/mol= 0.2mol；向乙试管里滴加酸性高锰酸钾溶液，振荡，溶液紫色褪去，说明溶液中含有亚铁离子，烧瓶溶液中金属离子浓度相等，则铁离子和亚铁离子的物质的量相等，n（Fe2+）=n（Fe3+）=0.1mol，根据电子守恒，生成二氧化硫的物质的量为：n（SO2）= mol＝0.20mol，因此铁与硫酸反应的化学方程式为：4Fe＋9H2SO4（浓）2FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4SO2↑＋H2↑＋8H2O。

【考点定位】本题主要是考查浓硫酸的性质，二氧化硫的性质，浓硫酸与金属反应的实验设计与探究以及有关化学计算。

【名师点晴】该题是综合性实验题，难度较大。掌握有关物质的化学性质和实验原理是关键，再进行有关计算时需要借助于各种守恒法。另外关于装置气密性检验需要注意：检查装置气密性的原理一般都是通过改变装置内气体压强实现的，若检查气密性的装置本身是一个非气密性装置，则第一步要处理成一个密闭体系。装置气密性的检查，难在以下两点：一是方法，二是文字表述。其叙述形式是：装置形成封闭体系→操作(微热、手捂、热毛巾捂、加水等)→描述现象→得出结论；①微热法检查的关键词是封闭、微热、气泡、水柱；②液差(封)法的关键词是封闭、液差。