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）甲同学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____________________。

（探究二）

（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。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2.33 g。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

铁钉表面被钝化 66.7% 检验SO2是否除尽 C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O c D中固体由黑变红和E中固体由白变蓝

【解析】

(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，二氧化硫和水，二氧化硫具有还原性，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

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+2H2SO4CO2↑+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。