题目内容

为了探究浓度对硫酸氧化性的影响,某学习小组进行了以下探究活动:
[探究一]称取无锈铁钉(碳素钢)12.0g放入30.0mL浓硫酸中,加热,充分反应后得到溶液X并收集到气体Y.
(1)甲同学认为X中除Fe3+外还可能含有Fe2+.若要确认其中的Fe2+,请选择下列试剂,设计简单的实验方案(简述操作过程、现象和结论)
取少量X溶液装于试管,向试管中滴加酸性高猛酸钾溶液,若溶液褪色,则证明X溶液中含有Fe2+,否则不含Fe2+
取少量X溶液装于试管,向试管中滴加酸性高猛酸钾溶液,若溶液褪色,则证明X溶液中含有Fe2+,否则不含Fe2+

供选用试剂:a.KSCN溶液和氯水  b.铁粉和KSCN溶液   c.浓氨水  d.酸性KMnO4溶液
(2)乙同学为了测定气体Y中SO2的含量,设计如下三种方案:
方案Ⅰ.取672mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中,然后加入足量BaCl2溶液,经适当操作后得干燥固体4.66g.
方案Ⅱ.向VmL c mol?L-1酸性高猛酸钾溶液中缓慢通入Y气体aL(标准状况),溶液恰好完全褪色.
方案Ⅲ,取VL(标准状况)气体Y缓慢通入足量的氢氧化钡溶液中,充分反应后,过滤、洗涤、烘干,称得固体质量为mg.
①其中不合理的方案是
方案III
方案III
,理由是
生成BaCO3和BaSO4两种沉淀,无法计算SO2的体积
生成BaCO3和BaSO4两种沉淀,无法计算SO2的体积

②选择合理方案的数据计算气体Y中SO2的体积分数(用含未知数的代数式表示)
66.7%或
7cV
125a
×100%
66.7%或
7cV
125a
×100%

[探究二]分析上述实验中SO2体积分数的结果,丙同学认为气体Y中还可能含量有H2和CO2气体.为此设计了下列探究实验装置(图中夹持装置已省略).

(3)装置A中试剂的作用是
吸收并除去SO2
吸收并除去SO2

(4)简述确认气体Y中含有CO2的实验现象:
B中品红溶液不褪色,C中澄清石灰水变浑浊
B中品红溶液不褪色,C中澄清石灰水变浑浊

(5)有同学根据“F干燥管无水硫酸铜是否变蓝色”确认Y气体中是否有氢气,你认为是否可靠?
不可靠
不可靠
(填“可靠”或“不可靠”),简述理由:
空气中的水蒸气进入F装置,也可使无水硫酸铜变蓝色
空气中的水蒸气进入F装置,也可使无水硫酸铜变蓝色
分析:(1)亚铁离子具有还原性,能使酸性高锰酸钾溶液褪色;
(2)①亚硫酸钡不稳定易被氧气氧化生成硫酸钡;
②根据二氧化硫和硫酸钡、高锰酸钾之间的关系式计算;
(3)酸性高锰酸钾能氧化二氧化硫生成硫酸根离子;
(4)二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊,先确定没有二氧化硫的情况下,然后将气体通入澄清石灰水,如果澄清石灰水变浑浊,则证明含有二氧化碳;
(5)空气中含有水蒸气也能使无水硫酸铜变蓝色.
解答:解:(1)亚铁离子具有还原性,酸性高锰酸钾具有氧化性,所以亚铁离子能被酸性高锰酸钾氧化而使其溶液褪色,所以利用亚铁离子的还原性检验亚铁离子,检验方法是:取少量X溶液装于试管,向试管中滴加酸性高猛酸钾溶液,若溶液褪色,则证明X溶液中含有Fe2+,否则不含Fe2+
故答案为:取少量X溶液装于试管,向试管中滴加酸性高猛酸钾溶液,若溶液褪色,则证明X溶液中含有Fe2+,否则不含Fe2+
(2)①二氧化硫和氢氧化钡反应生成亚硫酸钡,亚硫酸钡不稳定,易被空气中氧气氧化生成硫酸钡,对二氧化硫的检测有影响,所以方案III不合理,
故答案为:方案III,生成BaCO3和BaSO4两种沉淀,无法计算SO2的体积;
②方案I,二氧化硫、溴和氯化钡反应生成硫酸钡,根据硫原子守恒计算二氧化硫的含量=
4.66g
233g/mol
×22.4L/mol
0.672L
×100%
=66.7%,
方案II中,根据二氧化硫和酸性高锰酸钾之间的关系式得二氧化硫的含量=
10-3VC×5×22.4
2
L
a
×100%
=
7cV
125a
×100%,故答案为:66.7%(或)
7cV
125a
×100%;
(3)酸性高锰酸钾具有强氧化性,二氧化硫有还原性,所以酸性高锰酸钾的作用是吸收并除去二氧化硫,
故答案为:吸收并除去SO2
(4)二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊,如果B中品红溶液不褪色,C中澄清石灰水变浑浊,则证明含有二氧化碳,故答案为:B中品红溶液不褪色,C中澄清石灰水变浑浊;
(5)空气中含有水蒸气,空气中的水蒸气能进入F装置,也能使无水硫酸铜变蓝色,所以不可靠,
故答案为:不可靠,空气中的水蒸气进入F装置,也可使无水硫酸铜变蓝色.
点评:本题考查了探究实验,注意二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水变浑浊,所以不能用澄清石灰水鉴别无色气体是二氧化碳还是二氧化硫,亚硫酸钡易被氧化,为易错点.
练习册系列答案
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(13分)氮元素的单质和常见的化合物在工、农业生产中用途广泛。
(1)工业上利用分离空气的方法得到氮气。空气各主要成分的沸点如下:

N2
O2
Ar
CO2
—196°C
—183°C
—186°C
—78°C
现将空气深度冷却液化,然后缓慢升温,则最先分离出来的气体是                 
(2)雷雨时空气中的N2转化为NO,生成物NO是       色的气体,        (填“易”或“难”)溶于水;NO在空气中很容易被氧化成NO2,NO2能与水发生化学反应。NO2与水反应的化学方程式为                                                
(3)实验室可用固体NH4Cl与固体Ca(OH)2加热反应制取氨气。
①制取氨气的化学方程为                                                  
②要制取标准状况下4.48L的氨气,至少需要称取固体NH4Cl的质量为     g。
(4)已知:4NH3+6NO5N2+6 H2O 。化学研究性学习小组的同学在技术人员的指导下,按下列流程,探究不同催化剂对NH3还原NO反应的催化性能。

 

 

若控制其他实验条件均相同,在催化反应器中装载不同的催化剂,将经催化反应后的混合气体,通过一定体积滴有酚酞的稀硫酸溶液(溶液的体积、浓度均相同)。
①NH3与稀硫酸溶液反应的离子方程式为                              
②为了比较不同催化剂的催化性能,需要测量并记录的数据是                      

硫及其化合物有广泛的应用,对SO2性质的研究是高中化学教学的一项重要内容。

I.对比研究是一种重要的研究方法。若将硫的单质及部分化合物按如下表所示分成3 组,则第2组中物质M的化学式是         。

第1组

第2组

第3组

S (单质)

SO2、H2SO3、M、NaHSO3

SO3、H2SO4、Na2SO4、 NaHSO4

Ⅱ.某校化学学习小组用下图所示的实验装置研究SO2气体还原Fe3+、Br2的反应。

(1)下列实验方案可以用于在实验室制取所需SO2的是                         。

A.Na2SO3溶液与HNO3                     B.Na2SO3固体浓硫酸

C.固体硫在纯氧中燃烧                     D.铜与热的浓硫酸

(2)装置C的作用是除去多余的SO2,防止污染空气。已知在用氢氧化钠溶液吸收SO2的 过程中,往往得到Na2SO3和NaHSO3的混合溶液,常温下,溶液pH随n(SO32—):n(HSO3)变化关系如下表

n(SO32—):n(HSO3)

91:9

1:1

9:91

pH

8.2

7.2

6.2

 

当吸收液中n(SO32—):n(HSO3) =10:1时,溶液中离子浓度关系正确的是                      。

A.c(Na+)+ c(H+)= 2c(SO32—)+ c(HSO3)+ c(OH)

B.c(Na+)>c(HSO3)>c(SO32—)>c(OH)>c(H+)

C.c(Na+)>c(SO32—)>c(HSO3)>c(OH)>c(H+)

(3)在上述装置中通入过量的SO2,为了验证A中SO2与Fe3+发生了氧化还原反应,他们取A中反应后的溶液分成三份,并设计了如下探究实验,请你评价并参与他们的探究过程(限选试剂:KMnO4溶液、KSCN溶液、BaCl2溶液、稀硫酸、稀盐酸、稀硝 酸、Ba(NO3)2溶液、新制的氯水)

序号

实验方案

实验现象

结论

方案①

往第一份试液中加入KMnO4溶液溶液

紫红色褪去

SO2与Fe3+反应生成了Fe2+

方案②

往第二份试液中加入

 

SO2与Fe3+反应生成了Fe2+

方案③

往第二份试液中加入

 

SO2与Fe3+反应生成了SO42—

 

上述方案①得出的结论是否合理                     ,原因                                 。

如果他们设计的方案②与方案③均合理并且得到相应结论,请你将上面表格补充完整。

(4)装置B中能表明Br的还原性弱于SO2的现象是                            。

 

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第1组

第2组

第3组

S (单质)

SO2、H2SO3、M、NaHSO3

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n(SO32—):n(HSO3)

91:9

1:1

9:91

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6.2

 

当吸收液中n(SO32—):n(HSO3) =10:1时,溶液中离子浓度关系正确的是                      。

A.c(Na+)+ c(H+)= 2c(SO32—)+ c(HSO3)+ c(OH)

B.c(Na+)>c(HSO3)>c(SO32—)>c(OH)>c(H+)

C.c(Na+)>c(SO32—)>c(HSO3)>c(OH)>c(H+)

(3)在上述装置中通入过量的SO2,为了验证A中SO2与Fe3+发生了氧化还原反应,他们取A中反应后的溶液分成三份,并设计了如下探究实验,请你评价并参与他们的探究过程(限选试剂:KMnO4溶液、KSCN溶液、BaCl2溶液、稀硫酸、稀盐酸、稀硝 酸、Ba(NO3)2溶液、新制的氯水)

序号

实验方案

实验现象

结论

方案①

往第一份试液中加入KMnO4溶液溶液

紫红色褪去

SO2与Fe3+反应生成了Fe2+

方案②

往第二份试液中加入

 

SO2与Fe3+反应生成了Fe2+

方案③

往第二份试液中加入

 

SO2与Fe3+反应生成了SO42—

 

上述方案①得出的结论是否合理                     ,原因                                 。

如果他们设计的方案②与方案③均合理并且得到相应结论,请你将上面表格补充完整。

(4)装置B中能表明Br的还原性弱于SO2的现象是                            。

 

(13分)氮元素的单质和常见的化合物在工、农业生产中用途广泛。

(1)工业上利用分离空气的方法得到氮气。空气各主要成分的沸点如下:

N2

O2

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CO2

—196°C

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—78°C

现将空气深度冷却液化,然后缓慢升温,则最先分离出来的气体是                 

(2)雷雨时空气中的N2转化为NO,生成物NO是        色的气体,         (填“易”或“难”)溶于水;NO在空气中很容易被氧化成NO2,NO2能与水发生化学反应。NO2与水反应的化学方程式为                                                 

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①制取氨气的化学方程为                                                  

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若控制其他实验条件均相同,在催化反应器中装载不同的催化剂,将经催化反应后的混合气体,通过一定体积滴有酚酞的稀硫酸溶液(溶液的体积、浓度均相同)。

①NH3与稀硫酸溶液反应的离子方程式为                              

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