Question

两个化学兴趣小组进行了以下探究活动：

第一组：探究铁质材料与热浓硫酸的反应。

(1)称取铁钉(碳素钢)15.0g放入40.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。

①甲同学认为X中除Fe^3＋外还可能含有Fe^2＋。若要确认其中是否含有Fe^2＋，应选择加入的试剂为___________(选填序号)。

a．酸性KMnO₄溶液  b．铁粉和KSCN溶液

c．浓氨水           d．KSCN溶液和氯水

②乙同学取448mL(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2.33g。据此推知气体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CO₂气体。为此设计了下列探究实验装置(图中夹持仪器省略)。

(2)写出产生CO₂的化学方程式：___________。

(3)装置A中试剂的作用是___________，装置G中试剂的作用是___________。

(4)如果气体Y中含有H₂，预计实验现象应是___________。

第二组：拟用下列装置定量分析空气中SO₂的含量：

(5)已知该实验中气体的流速为4L/min，从气体通入溶液到紫色恰好褪去用时8min，消耗2mol/L的酸性KMnO₄溶液的体积为500mL，则此次取样处的空气中二氧化硫含量为___________g/L。(己知KMnO₄被还原的产物通常为Mn^2＋)

Answer

a 50% C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O 除去混合气体中的SO2 防止空气中的水蒸气进入F，从而防止对H2的检验产生干扰 E中黑色固体变红色，F中无水硫酸铜由白色变蓝色 5

【解析】

(1)①根据Fe3+、Fe2+的检验方法分析；

②列方程式得关系式进行计算；

(3)二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，因此确认气体Y中是否含有CO2，应先完全排除二氧化硫的干扰，用酸性高锰酸钾溶液除去混合气体中的SO2，再用品红溶液检验二氧化硫除尽，然后用澄清石灰水检验二氧化碳；装置D用于除去气体中的水蒸气，通过装置E、F检验气体Y中是否含有H2，装置G中碱石灰可吸收空气中的水蒸气，防止其进入F，干扰H2的检验；

(5)列方程式得关系式进行计算。

(1)①溶液X中含有Fe3+，在含有Fe3+的溶液中，检验Fe2+的存在，加入铁粉和KSCN溶液、浓氨水、KSCN溶液和氯水都不能检验Fe2+的存在，Fe2+具有还原性，KMnO4溶液呈紫色，具有氧化性，可与Fe2+在酸性条件下反应使其褪色，故选a；

②根据反应方程式SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl，可得BaSO4和SO2之间的关系式为SO2~BaSO4，BaSO4的物质的量为0.01mol，则SO2的物质的量也为0.01mol，则体积为224mL(标准状况)，又气体Y的总体积为448mL(标准状况)，则气体Y中SO2的体积分数为50%；

(2)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，化学反应方程式为C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；

(3)二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，因此确认气体Y中是否含有CO2，应先完全排除二氧化硫的干扰，又因为二氧化硫具有还原性，可与酸性高锰酸钾溶液发生氧化还原反应，从而除去混合气体中的SO2，再用品红溶液检验二氧化硫除尽，若澄清石灰水变浑浊，证明气体Y中有二氧化碳；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，因此通过装置E、F检验气体Y中是否含有H2，若有H2，E中黑色固体变红色，F中无水硫酸铜由白色变蓝色，因此装置G中碱石灰的作用是防止空气中的水蒸气进入F，从而防止对H2的检验产生干扰；

(4)如果气体Y中含有H2，预计实验现象应是E中黑色固体变红色，F中无水硫酸铜由白色变蓝色；

(5)已知该实验中气体的流速为4L/min，从气体通入溶液到紫色恰好褪去用时8min，则通入气体的总体积为32L，消耗2mol/L的酸性KMnO4溶液的体积为500mL，由二氧化硫与酸性KMnO4溶液反应的方程式可得关系式，消耗KMnO4的物质的量为2mol/L×0.5L=1mol，则二氧化硫的物质的量为2.5mol，则此次取样处的空气中二氧化硫含量为。