Question

两个化学兴趣小组进行了以下探究活动：

第一组：为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，称取铁钉(碳素钢)12.0g放入30.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。甲同学取672 mL(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，经适当操作后得到干燥固体4.66g。分析上述实验中SO₂体积分数的结果。甲同学认为气体Y中还可能含有H₂和CO₂气体。为此设计了下列探究实验装置（图中夹持仪器省略）。

(1)写出产生CO₂的化学方程式_____________。

(2)装置A中试剂的作用是______，反应的离子方程式________。

(3)如果气体Y中含有H₂，预计实验现象应是____________。

(4)简述确认气体Y中含有CO₂的实验现象__________。

第二组：拟用下列装置定量分析空气中SO₂的含量：

(5)KMnO₄溶液中导管末端做成球状多孔结构的作用是________。

(6)该实验中已经知道的数据有气体流速a L/min、酸性KMnO₄溶液的体积b L，其浓度为c mol/L。若从气体通入到紫色恰好褪去，用时5分钟。则此次取样处的空气中二氧化硫含量为___g/L

Answer

C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O 除去混合气体中的SO2 5SO2＋2＋2H2O＝5＋2Mn2+＋4H+ E中固体由黑变红和F中固体由白变蓝 B中品红不褪色且C中澄清石灰水变浑浊 增大接触面积，有利于SO2的充分吸收

【解析】

第一组：气体Y中含有SO2，现欲探究气体Y中还可能含有H2和CO2气体，SO2和CO2都能使澄清石灰水变浑浊，但二氧化硫具有还原性，可与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应，

则为排除SO2对CO2检验的干扰，先将气体Y通过酸性高锰酸钾溶液，从而除去SO2气体，品红溶液用于检验SO2是否除尽，澄清石灰水用于检验是否含有CO2气体，D装置用于干燥气体，同时会吸收未反应完的CO2气体，E、F用于检验氢气，G装置可防止空气中的水蒸气进入F中干扰实验，据此分析解答。

第二组：通入空气体积5a L，反应的KMnO4物质的量为bc mol，根据KMnO4物质的量运用方程式计算空气中二氧化硫的物质的量，进而计算空气中二氧化硫含量。

(1)铁钉(碳素钢)中含有碳单质，其与浓硫酸在加热的条件下可反应产生二氧化硫、二氧化碳和水，化学方程式为C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；

(2)由上述分析知，装置A中酸性高锰酸钾溶液的作用是除去混合气体中的SO2，该反应为氧化还原反应，SO2被氧化为，被还原为Mn2+，根据得失电子守恒、电荷守恒、元素守恒配平该反应的离子方程式为5SO2＋2＋2H2O＝5＋2Mn2+＋4H+；

(3)装置E、F用于检验氢气，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，则如果气体Y中含有H2，预计实验现象应是E中固体由黑变红、F中固体由白变蓝；

(4)确认气体Y中含有CO2，应完全排除SO2的干扰，当B中品红溶液不褪色，C中澄清石灰水变浑浊，可说明含有CO2；

(5)KMnO4溶液中导管末端做成球状多孔结构的作用是增大接触面积，有利于SO2的充分吸收；

(6)通入空气的体积为a L/min×5min=5a L，KMnO4物质的量为b L×c mol/L=bc mol，根据5SO2＋2＋2H2O＝5＋2Mn2+＋4H+可得5SO2~2,则n(SO2)=，m(SO2)=，此次取样处的空气中二氧化硫含量为。