Question

为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组用碳素钢（即铁和碳的合金）进行了以下探究活动：

【探究一】

（1）常温下，工业上用铁质容器盛放冷的浓硫酸，其原因是_____________。

（2）称取碳素钢6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到混合气体Y。

① 甲同学认为X中除Fe^3＋之外还可能含有Fe²⁺。若要确认其中的Fe²⁺，应选用_____（选填序号）。

a．KSCN溶液和氯水      b．铁粉和KSCN溶液     c．浓氨水     d．酸性KMnO₄溶液

② 乙同学取560mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体4.66g，由此可求算气体Y中SO₂的体积分数。写出探究②中出现的所有离子反应方程式_______________________。

【探究二】

根据上述实验中SO₂体积分数的分析，丙同学认为气体Y中还可能含有Q_l和Q₂两种气体，其中Q₁气体，在标准状况下，密度为0.0893g/L。为此设计了下列探究实验装置（图中夹持仪器省略,假设有关气体完全反应）。

（3）装置B中试剂的作用是___________。

（4）分析Y气体中的Q₂气体是如何生成的__________。（用化学方程式表示）。

（5）为确认Q₂的存在，需在装置中添加洗气瓶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Q_l，预计实验现象应是__________。

Answer

（1）铁表面被钝化，阻止了内部金属与酸进一步反应；

（2）①d；②80%；SO2+Br2+2H2O=SO42-+4H++2Br-；SO42-+Ba2+= BaSO4↓；

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

（5）C；（6）D中的固体由黑变红和E中固体由白变蓝。

【解析】

试题分析：（1）常温下，铁遇冷的浓硫酸发生氧化还原反应，在铁表面生成一层致密的氧化物薄膜而阻止了进一步的反应，即发生钝化现象，所以反应片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化；

（2）①亚铁离子具有还原性，而酸性高锰酸钾有氧化性，发生氧化还原反应使高锰酸钾溶液褪色，选项d正确；

②SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，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 4.66g

V=0.448l=448mL，所以二氧化硫的体积分数=(448ml÷560ml)×100%==80%；②探究中有关反应的离子方程式是：SO2+Br2+2H2O=SO42-+4H++2Br-；SO42-+Ba2+= BaSO4↓；

（3）二氧化硫能使品红溶液褪色，所以用品红溶液检验二氧化硫是否除尽；

（4）碳素钢中含有碳，加热条件下，碳能和浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水，反应方程式为C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O；

（5）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，但二氧化硫还能使品红溶液褪色，所以要检验二氧化碳必须排除二氧化硫的干扰，B装置是检验二氧化硫是否除尽，所以澄清石灰水应放置在B和C之间，即在通入碱石灰之前检验，故选项C正确；

（6）Q1气体，在标准状况下，密度为0.0893g•L-1，其相对分子质量为2，所以是氢气，氢气具有还原性，能还原黑色的氧化铜生成红色的铜单质，同时生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色，这是检验水的特征反应，所以如果D中氧化铜变红，E中无水硫酸铜变蓝，则证明含有氢气。

【考点定位】考查浓硫酸的性质、二氧化硫的性质、常见物质的检验等知识。

【名师点睛】浓硫酸具有强的氧化性，在室温下遇铁、铝，会将金属表面氧化产生一层致密的氧化物薄膜，阻止金属的进一步反应，即发生钝化现象。当加热时，氧化物薄膜被破坏，硫酸与铁发生反应，反应产生SO2，SO2具有还原性、漂白性，可以被酸性高锰酸钾溶液、氯水、溴水氧化，而使溶液褪色，也可以使品红溶液褪色，由于钢铁中含有C单质，在加热时C被氧化产生CO2，它们都可以使澄清石灰水变浑浊，因此要将SO2除去后再检验CO2，稀硫酸可以与Fe反应产生氢气，氢气具有还原性，在利用其还原性时。要先通入氢气，将其中的空气排出，然后再加热，再根据反应前后固体的颜色及反应产生的H2O蒸气判断物质的存在。掌握物质的物理性质和化学性质是进行实验方案设计的关键。