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：（1）将已去除表面氧化物的铁钉（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）另称取铁钉6.0g放入15.0ml浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液X并收集到气体Y。

①甲同学认为X中除Fe³⁺外还可能含有Fe²⁺，若要确认其中的Fe²⁺，应选用           （选填序号）。

a．KSCN溶水           b．KSCN溶液和铁粉

c．浓氨水               d．酸性KMnO₄溶液

②乙同学取336ml（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应： SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄, 然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g。由此推知气体Y中SO₂的体积分数为         。

分析上述实验中SO₂体积分数的结果，丙同学认为气体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            （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H₂，预计实验现象应是                     。

Answer

（1）铁钉表面形成致密的氧化物薄膜，阻止铁和硫酸铜反应

（2）①d ②66.7%（或2/3）（3）检验SO2是否除尽

（4）C+2H2SO4（浓）CO2+2SO2+2H2O（5）c

（6）D中固体由黑变红和E中固体由白变蓝

【解析】

试题分析：（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，金属铁发生钝化你，表面形成致密的氧化膜，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，铁被氧化膜包围，阻止金属铁与铜离子发生置换反应。（20）另称取铁钉6.0g放入15.0ml浓硫酸中，加热，氧化膜被破坏，铁和浓硫酸充分应后得到溶液可能为FeSO4 或 Fe2（SO4）3 或FeSO4 和 Fe2（SO4）3混合液，并收集到H2气体SO2 气体，随着反应进行，浓硫酸变为稀硫酸与铁继续反应生成 H2。，气体Y可能为SO2和H2的混合气体；

①Fe3+检验可以用KSCN溶液，Fe2+具有还原性，可以用酸性KMnO4溶液，氨水和Fe3+ 和Fe2+都能发生反应，生成沉淀，无法判断Fe2+的存在

②SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4, 然后加入足量BaCl2溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g硫酸钡，折算为 0.01 mol，n（SO2）=0.01mol,,混合气体为0.015 mol，由此推知气体Y中SO2的体积分数为0.01/0.015=2/3；

（3）酸性高锰酸钾溶液能够吸收SO2，吸收是否完全，用品红检验；氢气能够还原氧化铜，黑色粉末变为红色，无水硫酸铜变为蓝色晶体，证明有氢气存在；铁中混有碳单质，在加热情况下，碳与浓硫酸反应生成二氧化碳，生成的气体中可能含有SO2 、H2 、CO2等气体的混合气体。为确认CO2的存在，需在装置中添加M于B-C间，SO2已经除尽，能够使石灰水变浑浊的气体只能为CO2

考点：金属铁与浓硫酸反应规律及实验操作的可能情况探究