Question

工业上常用铁质容器盛装冷的浓硫酸。为研究铁质材料与浓硫酸的反应，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________________。

(2)甲同学另称取铁钉10.0 g放入25.0 mL浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液X并收集到气体Y。甲同学认为X中可能含有Fe³⁺也可能含有Fe²⁺。若要确认此结论，应用_________选填序号）。

a. KSCN溶液    b. 铁粉和KSCN溶液     c. 氨水    d. 酸性KMnO₄溶液

(3)乙同学取448 mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中，溴水褪色，发生反应的离子方程式为：______，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_____。

[探究二]

分析乙同学实验中SO₂体积分数的结果，丙同学认为气体Y中除水蒸气外还可能含有Z和W气体。为此设计了下列探究实验装置(图中夹持仪器省略)。

(4)装置B中试剂的作用是____________。

(5)丙同学认为用上图中的D、E、F装置可证明气体Y中还含有Z，则Z气体为_______(化学式)，证明Z气体的实验现象为__________；F装置的作用是_________

(6)认为气体Y中还含有W的理由是__________(用化学方程式表示)。为确认W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

Answer

铁已被钝化 ad SO2+Br2+2H2O=4H++SO42-+2Br- 50% 检验SO2是否除尽 H2 固体由黑色变为红色，且无水硫酸铜变为蓝色 防止空气中水进入到E C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O c

【解析】

(1)铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化；

(2)检验Fe3+，可以选用硫氰化钾溶液，检验Fe2+，可利用+2价Fe2+能使酸化的KMnO4褪色来检验；

(3)生成的SO2具有还原性，通入足量溴水中，发生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，利用硫元素的守恒，结合关系式：SO2→BaSO4求出SO2的体积分数；

(4) SO2能使品红溶液褪色，从而检验SO2是否除尽；

(5)根据装置D、E中的药品及铁与稀硫酸反应会生成氢气分析；当CuO变成红色、无水硫酸铜变蓝则证明存在H2；空气中水分加入装置E，会干扰实验中对水的测定；

(6)铁钉中含有碳元素，碳与浓硫酸在加热条件下反应生成CO2、SO2气体；CO2能够被碱石灰吸收，所以应该放在品红溶液之后、碱石灰之前的位置。

(1)铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉表面产生一层致密的氧化物薄膜，阻止金属的进一步氧化，即发生钝化现象而阻止反应进一步进行；

(2) Fe3+与SCN-反应生成红色的Fe(SCN)3，使溶液变为血红色，则检验Fe3+可以选用KSCN溶液；+2价Fe2+具有还原性，能使酸化的高锰酸钾被还原为Mn2+而褪色，故含有Fe2+可以用酸性高锰酸钾溶液检验，所以合理选项是ad正确；

(3)SO2具有还原性，通入足量溴水中，发生反应方程式为：SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，离子方程式为：SO2+Br2+2H2O=4H++SO42-+2Br-；

n(混合气体)==0.02 mol，SO2反应后转化为BaSO4，根据S元素守恒可得n(SO2)==0.01 mol，相同条件下气体得到体积之比等于物质的量之比，则混合气体中SO2的体积分数为：×100%=50%；

(4)A的作用是除去SO2，SO2具有漂白性，能使品红溶液褪色，所以B的作用是检验A中的SO2是否完全除尽；

(5)稀硫酸与铁反应生成FeSO4和H2，D、E、F装置可以证明的Z为H2；H2还原CuO会生成水蒸气能使白色的CuSO4粉末变蓝色，同时有红色的Cu单质生成，若黑色固体变红，且无水硫酸铜变蓝，则证明混合气体中含有H2；装置E用于检验是否有水生成，空气中的水分干扰该实验，所以装置F的作用是防止空气中水进入到装置E中；

(6)在加热时，不仅铁钉中的铁和浓硫酸反应，C也和浓H2SO4反应生成CO2、SO2和H2O，反应方程式为：C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O，W为CO2，CO2和SO2都能使澄清石灰水变浑浊，影响了对CO2的测定；又由于CO2能够被碱石灰吸收，所以装置M应该放在品红溶液之后、碱石灰之前的位置，即M装置放在B-C间，故合理选项是c。