Question

8．某校化学课外研究小组为研究浓硫酸与金属M 反应的气体生成物，进行了下列实验活动：
【提出假设】
假设1：气体生成物只有SO₂；
假设2：气体生成物只有H₂；
假设3：气体生成物是SO₂和H₂的混合气体．
【实验验证】
实验装置及实验中使用的试剂如图：
 
（1）在装入药品前，甲同学检查装置A的气密性，方法是关闭弹簧夹K1，打开分液漏斗活塞，向分液漏斗中注入适量水，若分液漏斗滴下水的速度逐渐变慢，直至停止，则证明装置A的气密性良好．
（2）乙同学通过所学知识排除了上面提出的一个假设，他排除的是假设2，理由是浓硫酸具有强氧化性，在加热的条件下能被金属还原为SO₂．
（3）如果实验中观察到装置B 中溶液褪色，装置F 和装置G 中无明显变化，则假设1成立，实验测得消耗金属M 和浓硫酸的物质的量之比为1：2，则在M的硫酸盐中，M元素的化合价为+2
（4）如果假设3正确，填写下表中的实验现象：

装置	B	F	G
实验现象

（5）装置C的作用是除去可能未反应完的SO₂，装置D 的作用是检验SO₂是否已除净．
（6）如果装置A中放入的金属M 的质量为11.2g，加入适量浓硫酸，反应完成后，装置B 中溶液褪色，装置A 中金属无剩余；反应后G的质量增加了0.9g；取少量装置A 中溶液稀释，分为两份，一份滴加KSCN 溶液，溶液变红色，另一份滴加酸性KMnO₄ 溶液，溶液褪色．如果装置A中溶液内的金属离子浓度相等，则装置A 中烧瓶内发生反应的总化学方程式是4Fe+9H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4SO₂↑+H₂↑+8H₂O．

Answer 1

分析 【提出假设】依据金属和浓硫酸反应过程分析，金属与浓硫酸反应，开始生成的是二氧化硫，如果金属过量，浓硫酸变成稀硫酸后，如果金属较活泼，则可能还生成氢气，随浓硫酸溶液浓度减小，金属和硫酸反应生成的气体为二氧化硫、氢气或二者混合物；
【实验验证】装置A是气体发生装置，浓硫酸和金属M加热反应生成的气体开始为二氧化硫气体，金属过滤随浓硫酸反应浓度减小，变为稀硫酸和金属反应生成氢气，气体通过装置B中的品红溶液，品红褪色，通过装置C中的高锰酸钾溶液除去生成的二氧化硫，再通过装置D中 的品红溶液检查二氧化硫是否除净，通过装置E浓硫酸干燥气体，通过装置F中的氧化铜，氢气还原氧化铜生成金属铜，生成的水蒸气遇到无水硫酸铜，现象为黑色变红色，H是避免空气中的水蒸气进入装置F干扰实验现象，
（1）检查装置气密性需要密闭装置，水封，然后改变装置内压强，观察液面的变化设计；
（2）浓硫酸和金属加热反应开始一定生成二氧化硫气体；
（3）如果实验中观察到装置B 中溶液褪色，装置F 和装置G 中无明显变化，说明无氢气生成，气体为二氧化硫，结合元素化合价升高和降低即电子守恒计算金属的化合价；
（4）若生成的气体为二氧化硫和氢气，则装置中的反应现象为，二氧化硫通过装置B 中溶液褪色，氢气通过装置F出现黑色变为红色，生成的水蒸气通过装置G中白色变化为蓝色；
（5）装置C是利用二氧化硫的还原性被高锰酸钾溶液氧化除去，装置D中的品红溶液是检验二氧化硫是否除净；
（6）根据反应现象判断M为铁，然后根据题中数据计算出铁离子、亚铁离子的物质的量，然后根据质量守恒定律、电子守恒分别计算出生成氢气、二氧化硫物质的量，最后写出反应的化学方程式．

解答 解：【提出假设】假设1：气体生成物只有SO₂；
假设2：气体生成物只有H₂；
推断当金属过量时，且金属较活泼则生成的气体中可能含有氢气，所以假设3为：气体产物有SO₂和H₂ ，
故答案为：气体生成物是SO₂和H₂的混合气体；
【实验验证】（1）在装入药品前，甲同学检查装置A的气密性需要密闭装置A，利用分液漏斗中加入水，观察液面变化，设计方法为：关闭弹簧夹K1，打开分液漏斗活塞，向分液漏斗中注入适量水，若分液漏斗滴下水的速度逐渐变慢，直至停止，则证明装置A 的气密性良好，
故答案为：关闭弹簧夹K1，打开分液漏斗活塞，向分液漏斗中注入适量水，若分液漏斗滴下水的速度逐渐变慢，直至停止，则证明装置A 的气密性良好；
（2）浓硫酸的性质可知，和金属加热条件下发生反应开始生成二氧化硫气体，当金属过量时，且金属较活泼则生成的气体中可能含有氢气，假设2一定是错误的，
故答案为：2，浓硫酸具有强氧化性，在加热的条件下能被金属还原为SO₂；
（3）如果实验中观察到装置B 中溶液褪色，装置F 和装置G 中无明显变化，说明无氢气生成，气体为二氧化硫，猜想1正确，实验测得消耗金属M 和浓硫酸的物质的量之比为1：2，则在M的硫酸盐中，M元素的化合价结合元素化合价升高和降低即电子守恒计算得到，设金属元素化合价变化为x，
2M+4H₂SO₄=M₂（SO₄）_x+（4-x）SO₂+4H₂O
则依据电子守恒2×（x-0）=（4-x）×（6-4）；
x=+2
故答案为：1，+2；
（4）若生成的气体为二氧化硫和氢气，则装置中的反应现象为：二氧化硫具有漂白性通过装置B中品红溶液褪色，氢气通过装置F还原氧化铜为金属铜，出现黑色变为红色现象，生成的水蒸气通过装置G，无水硫酸铜白色变化为蓝色；
故答案为：品红溶液红色褪去黑色固体变成红色无水硫酸铜变蓝；
（5）为检验二氧化硫的存在和避免二氧化硫对后续实验的影响，通过装置C是利用二氧化硫的还原性被高锰酸钾溶液氧化除去，装置D中的品红溶液是检验二氧化硫是否除净，
故答案为：除去可能未反应完的SO₂，检验SO₂是否已除净；
（6）向甲试管里滴加KSCN溶液，溶液变红色，说明金属M为Fe；G增重0.9g，0.9g为水的质量，则氢气的物质的量为：n（H₂）=n（H₂O）=$\frac{0.9g}{18g/mol}$=0.05mol；1.2g铁的物质的量为：n（Fe）=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol；向乙试管里滴加酸性高锰酸钾溶液，振荡，溶液紫色褪去，说明溶液中含有亚铁离子，烧瓶溶液中金属离子浓度相等，则铁离子和亚铁离子的物质的量相等，n（Fe²⁺）=n（Fe³⁺）=0.1mol，根据电子守恒，生成二氧化硫的物质的量为：n（SO₂）=$\frac{0.1mol×2+0.1mol×3-0.05mol×2}{2}$=0.20mol，铁与硫酸反应的化学方程式为：4Fe+9H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4SO₂↑+H₂↑+8H₂O，
故答案为：4Fe+9H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4SO₂↑+H₂↑+8H₂O．

点评 本题考查了浓硫酸的化学性质、氧化还原反应的计算、化学方程式的书写等知识，题目难度较大，试题涉及的知识点较大，题量较大，充分考查了学生对所学知识的掌握情况，注意明确浓硫酸的化学性质及浓硫酸与金属反应的原理．