Question

4．铁是日常生活中用途最广、用量最大的金属材料．
（1）常温下，可用铁质容器盛装浓硫酸的原因是浓硫酸具有强氧化性，常温下在铁表面生成一层致密的氧化膜．
（2）某实验小组利用如图装置验证铁与水蒸气的反应．
①湿棉花的作用是提供水蒸气，试管中反应的化学方程式是3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Fe₃O₄+4H₂．
②实验结束后，取出少量反应后的固体于试管中，加入过量盐酸，固体完全溶解，所得溶液中存在的阳离子是b（填序号）．
a．一定有Fe²⁺、H⁺和Fe³⁺             b．一定有Fe²⁺、H⁺，可能有Fe³⁺
c．一定有Fe²⁺、Fe³⁺，可能有 H⁺       d．一定有Fe³⁺、H⁺，可能有Fe²⁺
（3）另称取一定量的铁钉放入足量的浓硫酸中，加热，充分反应后收集气体．经测定气体中含有SO₂、CO₂和H₂．
①铁与足量的浓硫酸反应的化学方程式是2Fe+6H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O．
②将672mL（标准状况）收集到的气体通入足量溴水中，发生反应：
SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄，然后加入足量BaCl₂溶液，经洗涤、干燥得到固体4.66g．由此推知收集到的气体中SO₂的体积分数是66.7%．（结果保留三位有效数字）

Answer 1

分析 （1）浓硫酸具有强的氧化性，常温下遇到铁发生钝化；
（2）①铁与水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁和氢气；
②产物四氧化三铁中有+2价的铁和+3价的铁，还有可能有过量的铁；
（3）①铁与浓硫酸在加热条件下发生氧化还原反应生成硫酸铁、二氧化硫和水；
②依据反应：SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄，结合反应BaCl₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HCl，利用硫元素的守恒，求出SO₂的体积分数．

解答 解：（1）浓硫酸具有强的氧化性，常温下遇到铁发生钝化，在铁表面生成一层致密的氧化膜，阻止反应继续进行，所以可用铁质容器盛装浓硫酸；
故答案为：因为浓硫酸具有强氧化性，常温下在铁表面生成一层致密的氧化膜；
（2）①铁与水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁和氢气，湿棉花能够为反应提供水蒸气，二者反应方程式：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Fe₃O₄+4H₂；
故答案为：提供水蒸气； 3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Fe₃O₄+4H₂；
  ②铁和水蒸气反应，产物为四氧化三铁和氢气，加入过量盐酸，固体完全溶解，必发生反应：Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O，所以所得溶液中存在的阳离子是一定有Fe²⁺、H⁺，四氧化三铁黑色固体中可能含有过量的铁，可能将三价铁离子全部转化成二价铁离子，Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，所以所得溶液中存在的阳离子是一定有Fe²⁺、H⁺，可能有Fe³⁺，
故答案为：b；
（3）①铁与浓硫酸在加热条件下发生氧化还原反应生成硫酸铁、二氧化硫和水，化学方程式：2Fe+6H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O；
故答案为：2Fe+6H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O；
②672mL（标准状况）混合气体的物质的量为$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol；
SO₂具有还原性，通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，然后加入足量BaCl₂溶液，发生反应：BaCl₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HCl，所以：
SO₂ ～BaSO₄
1mol 233g
n    4.66g
解得：n=0.02mol；
所以收集到的气体中SO₂的体积分数为：$\frac{0.02mol}{0.03mol}$×100%=66.7%；
故答案为：66.7%．

点评 本题考查了铁及其化合物性质，明确物质的性质是解题关键，注意解答有关方程式计算时，关键在于把握相关物质量的关系，题目难度不大．