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Fe³⁺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__________。

（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Q₁和Q₂两种气体，其中Q₁气体，在标准状况下，密度为0.0893g•L^-1。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Q₁，预计实验现象应是__________。

Answer

铁表面被钝化，阻止了内部金属与酸的进一步反应 d 80% 检验SO2是否除尽 C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O c D中固体由黑色变红色和E中固体由白色变蓝色

【解析】

(1)常温下，铁遇冷的浓硫酸发生钝化现象；

(2)①亚铁离子有还原性，能还原酸性高锰酸钾溶液而使其褪色；

②气体Y通入足量溴水中，发生SO2+Br2+2H2O═2HBr+H2SO4反应，根据硫酸钡与二氧化硫的关系式计算二氧化硫的体积，再根据体积分数公式计算；

(3)二氧化硫能使品红溶液褪色，据此判断是否含有二氧化硫；

(4)碳素钢中含有碳，加热条件下，碳和浓硫酸反应生成二氧化碳；

(5)用澄清石灰水检验二氧化碳，首先要排除二氧化硫的干扰；

(6)Q1气体，在标准状况下，密度为0.0893g•L-1，其摩尔质量为0.0893g•L-1×22.4L•mol-1=2g•mol-1，所以Q1是氢气，氢气检验还原性，能含有氧化铜同时生成水，水能使无水硫酸铜变蓝。

(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，故答案为：d；

②气体Y通入足量溴水中，发生反应，SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl，离子方程式为：SO2+Cl2+2H2O=SO42-+2Cl-+4H+，SO42-+Ba2+=BaSO4↓，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，

V==0.448L=448mL，所以二氧化硫的体积分数=×100%=80%；
(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，故答案为：c；

(6)Q1气体，在标准状况下，密度为0.0893g•L-1，其摩尔质量为0.0893g•L-1×22.4L•mol-1=2g•mol-1，所以Q1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。