题目内容

晓菲在复习金属的化学性质时发现：“位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢”．为什么必须是稀硫酸呢？于是她把锌粒投入浓硫酸中，发现有较多的气泡放出，并闻到一股刺激性气味．
[提出猜想]生成的气体是什么？
猜想Ⅰ：可能是SO₂；
猜想Ⅱ：可能是H₂；
猜想Ⅲ：可能是SO₂、H₂的混合气体．
[查阅资料]
1、二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的有毒气体．易溶于水且和水发生反应生成酸．在常温、常压下，1体积水大约能溶解40体积的二氧化硫．
2、SO₂可以使品红溶液褪色．
[分析]猜想Ⅱ错误的原因是．
[实验探究]依据上述猜想，她设计了如下方案：
实验一、收集一试管锌与浓硫酸反应生成的气体，倒立在滴有紫色石蕊试液的水槽中（如图1）．根据观察到的实验现象，生成的气体中确有SO₂的存在．她观察到的实验现象是．
实验二、晓菲又设计了如图2所示的实验装置（锌粒与浓硫酸反应生成的气体为X，且该装置略去）．将收集到的气体通入，过一会儿点燃D处酒精灯；一段时间后，发现表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，试管口有水雾出现．
结合实验一、二可知猜想3成立．
[问题讨论]
（1）装置B与C的作用分别是什么？
（2）D处发生的化学反应方程式：．　（考纲一般不要求）
（3）再次查阅资料：浓硫酸具有强氧化性，与金属反应时不产生氢气．化学反应方程式
为：Zn+2H₂SO₄（浓）═ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O，晓菲实验中产生氢气的原因是什么？
（4）图3中收集SO₂的装置中最合理的是
（5）用100克未知质量分数的氢氧化钠溶液来吸收二氧化硫气体，待完全反应后，测得所得溶液的质量为112.8克，求氢氧化钠溶液的质量分数是多少？

解：[分析]因为氢气是无色无味的气体，而题目中产生的气体是刺激性气味气体，故猜想Ⅱ错误；
[实验探究]二氧化硫易溶于水，且溶于水呈酸性，能使紫色石蕊试液变红，因此如果试管中的水面上升，试管中的液体变成红色才能确定一定有二氧化硫．因为气体通过装置D后，CuO的铜网由黑色变为光亮的红色，试管口有水雾出现，说明气体中含有氢气．
[问题讨论]
（1）二氧化硫能与氢氧化钠反应，因此装置B中氢氧化钠溶液用来吸收SO₂；装置C用来干燥气体（或吸收气体中的水蒸气）
（2）D处是氢气还原氧化铜，化学方程式为H₂+CuO $\text{[math]}$ Cu+H₂O
（3）金属与浓硫酸反应不产生氢气，但随着Zn与浓H₂SO₄反应的进行，浓H₂SO₄浓度逐渐变稀，Zn与稀H₂SO₄反应可产生H₂
（4）因为二氧化硫易溶于水，不能用排水法收集；二氧化硫会污染空气，不能排放到空气中，因此最合适的收集方法是C
（5）解：设氢氧化钠溶液的溶质质量分数为x
2NaOH+SO₂═Na₂SO₃+H₂O
80 64
100g×x 112.8g-100g
$\text{[math]}$
x=16%
答：氢氧化钠溶液的溶质质量分数是16%
故答案为：[分析]氢气是无色无味的气体．
[实验探究]：试管中的水面上升，试管中的液体变成红色
[问题讨论]
（1）装置B中氢氧化钠溶液用来吸收SO₂；装置C用来干燥气体（或吸收气体中的水蒸气）
（2）H₂+CuO $\text{[math]}$ Cu+H₂O
（3）随着Zn与浓H₂SO₄反应的进行，浓H₂SO₄浓度逐渐变稀，Zn与稀H₂SO₄反应可产生H₂
（4）C
（5）16%
分析：[分析]根据氢气是无色无味的气体分析
[实验探究]根据二氧化硫易溶于水且呈酸性，以及氢气还原氧化铜的现象分析
[问题讨论]（1）根据每个装置中的药品及性质分析其作用
（2）根据方程式书写原则书写
（3）根据金属与硫酸反应的特点分析
（4）根据二氧化硫的溶解性以及空气污染物分析
（5）根据化学方程式已知二氧化硫的质量求出氢氧化钠溶液中溶质的质量分数
点评：本题综合考查了金属的化学性质、使用氢气的注意事项以及碱的部分性质，常见气体的鉴别主要有氧气、二氧化碳、氮气、氢气、空气等，选择鉴别方法时，要根据气体性质的差异．