题目内容

3.浓硫酸有强氧化性,铁在冷的浓硫酸中能发生钝化.某兴趣小组的同学发现将一定量的铁与浓硫酸加热时,观察到铁完全溶解,并产生大量气体.请你协助他们探究所得气体的成分.
Ⅰ【提出猜想】
猜想1:所得气体中可能是SO2
猜想2:所得气体中可能是H2
猜想3:所得气体中可能是SO2和H2的混合气体.
Ⅱ【实验探究】
(1)将所得气体通入如下装置,证明猜想3正确的实验现象是甲中KMnO4溶液褪色、乙中KMnO4溶液颜色不变(或变浅但不完全褪色)、试管中收集到无色气体.
(2)点燃余下的气体前,必须要进行的操作是检验气体的纯度.
(3)写出浓硫酸表现出强氧化性的化学反应方程式2Fe+6H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe2(SO43+3SO2↑+6H2O.
(4)如果把一定量的铁与浓硫酸加热时产生的气体通过装有过量Na2O2粉末的玻璃管,则玻璃管中反应的生成物可能含有(填化学式)Na2SO4、Na2SO3、NaOH、O2

分析 提出猜想:浓硫酸和铁反应生成二氧化硫,稀硫酸和铁反应生成氢气,所得气体中可能含有SO2和H2中的一种或两种,据此进行猜想;
(1)由题目信息可知,猜想三:所得气体中可能是SO2和H2的混合气体.二氧化硫具有还原性,可以使酸性高锰酸钾褪色,氢气不溶于水,不反应,试管中收集到氢气.
(2)氢气不纯,燃烧可能发生爆炸,故点燃前应先检验气体的纯度;
(3)铁与过量浓硫酸加热反应生成硫酸铁、二氧化硫气体和水,据此写出反应的化学方程式;
(4)能够与过氧化钠反应的有二氧化硫、水,过氧化钠与二氧化硫反应生成亚硫酸钠;水与过氧化钠反应生成氢氧化钠和氧气,二氧化硫与氢氧化钠反应生成亚硫酸钠,据此判断玻璃管中反应的生成物.

解答 解:提出猜想:浓硫酸和铁反应生成二氧化硫,稀硫酸和铁反应生成氢气,所得气体中可能含有SO2和H2中的一种或两种,故生成的气体有三种情况:①所得气体中可能是SO2;②所得气体中可能是H2;③所得气体中可能是SO2和H2的混合气体,
故答案为:H2;SO2和H2
(1)由题目信息可知,猜想三:所得气体中可能是SO2和H2的混合气体.二氧化硫具有还原性,可以使酸性高锰酸钾褪色,氢气不溶于水,不反应,试管中收集到氢气.
故答案为:甲中KMnO4溶液褪色;乙中KMnO4溶液颜色不变(或变浅但不完全褪色);试管中收集到无色气体;
(2)氢气不纯,燃烧可能发生爆炸,故点燃前应先检验气体的纯度,
故答案为:检验气体的纯度;
(3)加热条件下,铁与过量的浓硫酸反应生成硫酸铁、二氧化硫气体和水,反应的化学方程式为:2Fe+6H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe2(SO43+3SO2↑+6H2O,
故答案为:2Fe+6H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe2(SO43+3SO2↑+6H2O;
(4)一定量的铁与浓硫酸加热时产生的气体中含有H2、SO2及水蒸气,当通过装有过量Na2O2粉末的玻璃管,可能发生反应:SO2+Na2O2=Na2SO4、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑、SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O,所以玻璃管中反应的生成物可能含有:Na2SO4、Na2SO3、NaOH、O2
故答案为:Na2SO4、Na2SO3、NaOH、O2(其他合理答案也得分).

点评 本题考查浓硫酸的性质,题目难度中等,掌握元素化合物的性质是关键,是对所学知识的综合运用,需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力,学习中需要全面把握基础知识.

练习册系列答案
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12.水煤气法制甲醇工艺流程框图如下:

 (注:除去水蒸气后的水煤气含55~59%的H2,15~18%的CO,11~13%的CO2,少量的H2S、CH4,除去H2S后,可采用催化或非催化转化技术,将CH4转化成CO,得到CO、CO2和H2的混合气体,是理想的合成甲醇原料气,即可进行甲醇合成)
(1)将CH4转化成CO,工业上常采用催化转化技术,其反应原理为:
CH4 (g)+$\frac{3}{2}$O2 (g)?CO(g)+2H2O (g)△H=-519KJ•mol-1.工业上要选择合适的催化剂,分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同)
①X在T1℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
②Y在T2℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
③Z在T3℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;
已知:T1>T2>T3,根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是Z(填“X”或“Y”或“Z”),选择的理由是催化活性高、速度快、反应温度较低.
(2)合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔,在催化剂作用下,进行甲醇合成,主要反应是:2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)△H=-181.6kJ•mol-1.T4℃下此反应的平衡常数为160.此温度下,在密闭容器中加入CO、H2,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质H2COCH3OH
浓度/(mol•L-1)0.20.10.4
①比较此时正、逆反应速率的大小:v正>v(填“>”、“<”或“=”).
②若加入同样多的CO、H2,在T5℃反应,10 min后达到平衡,此时c(H2)=0.4 mol•L-1,则该时间内反应速率v(CH3OH)=0.03mol•(L•min)-1
(3)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是提高原料CO、H2的利用率(或提高产量、产率亦可);.
(4)下图1为“镁-次氯酸盐”燃料电池原理示意图,电极为镁合金和铂合金.

E为该燃料电池的负极极(填“正”或“负”).F电极上的电极反应式为ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-
(5)乙醛酸(HOOC-CHO)是有机合成的重要中间体.工业上用“双极室成对电极室均可产生乙醛酸,其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸.
①在N电极上乙二酸生成乙醛酸的电极反应式为HOOC-COOH+2e-+2H+═HOOC-CHO+H2O.
②若有2molH+通过质子交换膜完全参与反应,则生成的乙醛酸为2mol.

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