Question

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

浓硫酸使铁表面形成一层致密稳定的氧化膜

．
（2）某实验小组利用右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

高温  .

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适量的浓硫酸中，加热，充分反应后收集气体．经测定气体中含有SO₂、CO₂和H₂．
①铁与浓硫酸反应的化学方程式是

2Fe+6H₂SO₄（浓）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O

．
②气体中混有CO₂的原因是（用化学方程式表示）

C+2H₂SO₄（浓）

△   .

CO₂+2SO₂+2H₂O

．
③将672mL（标准状况）收集到的气体通入足量溴水中，反应的离子方程式为

SO₂+Br₂+2H₂O═2Br^-+SO₄^2-+4H⁺

，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

2

3

．

Answer 1

分析：（1）根据铁和浓硫酸钝化的原理解答；
（2）①湿棉花含有水蒸气，对反应来说提供了水，铁在高温下与水反应生成四氧化三铁和氢气，据此分析解答即可；
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铁是金属具有还原性，浓硫酸具有氧化性，铁被氧化成+3价铁，浓硫酸被还原成+4价的硫；
②碳单质和浓硫酸在加热的条件下生成二氧化碳和二氧化硫；
③生成的SO₂具有还原性，通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，利用硫元素的守恒，结合关系式：SO₂→BaSO₄求出SO₂的体积分数．

解答：（1）常温下，铁在浓硫酸中发生钝化现象使铁表面形成一层致密稳定的氧化膜，故铁制品容器可以盛放浓硫酸，
故答案为：浓硫酸使铁表面形成一层致密稳定的氧化膜；
（2）①因为是铁和水蒸气的反应，试管内有铁粉，所以湿棉花主要是提供水蒸气；铁在高温下与水反应生成四氧化三铁和氢气，反应方程式为：3Fe+4H₂O

高温  .

Fe₃O₄+4H₂，
故答案为：提供水蒸气；3Fe+4H₂O

高温  .

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铁和浓硫酸反应铁被氧化成+3价铁，浓硫酸被还原成+4价的硫，生成硫酸铁和二氧化硫和水，
故答案为：2Fe+6H₂SO₄（浓）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O；
②在反应的过程中，碳单质可以和浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫等气体，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓）

△   .

CO₂+2SO₂+2H₂O；
③SO₂具有还原性，通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，离子方程式的书写，将产物中的氢溴酸和硫酸拆成离子，所以离子方程式为SO₂+Br₂+2H₂O═2Br^-+SO₄^2-+4H⁺，生成的硫酸遇到氯化钡会产生白色沉淀，可以先洗涤然后再过滤来获得纯净的硫酸钡沉淀，则n（混合气体）=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol，
SO₂ ～BaSO₄
1mol    233g
n      4.66g
n=0.02mol，
则 SO₂的体积分数：

0.02

0.03

=

2

3

，
故答案为：

2

3

．

点评：本题考查铁及其化合物的性质实验，结合相关的化学反应原理是解答的关键，本题难度中等．