Question

（16分）某研究性学习小组为研究铁粉与浓硫酸反应所生成气体的成份并测定各气体的含量，进行了如下实验：【实验推测】足量的铁粉与浓硫酸反应能生成SO₂和H₂两种气体。
（1）该小组作出此推测的理由是：                                                    。
【实验准备】a．供选择的药品：铁粉、浓硫酸、氧化铜粉末、0.2 mol/L的H₂C₂O₄标准溶液、0.1 mol/L的酸性KMnO₄标准溶液、酸碱指示剂。
b．实验装置设计及组装(加热及夹持装置均已略去)

【实验过程及数据处理】
（2）B中发生反应的离子方程式为：                                                  。
（3）实验前先通入一段时间的N₂，其目的是                                           。
（4）B、C、D中所盛试剂均足量，则证实生成的气体中同时存在SO₂和H₂的现象是       
                                                                               。
（5）A中反应结束后，继续通N₂使A中生成的气体全部赶出，待B、D中反应完全后，先后三次取用B中反应后的溶液于锥形瓶中，每次取用25 mL，用H₂C₂O₄标准溶液进行测定。
①H₂C₂O₄标准溶液与酸性KMnO₄溶液反应的离子方程式如下，请将该方程式完成并配平。
(  )H₂C₂O₄+(  )MnO₄^- +(  )H⁺ ＝(  )Mn²⁺ +(  ) H₂O+(  ) (      )
②反应完全的现象是                                                       。
③重复测定两次，平均每次耗用H₂C₂O₄标准溶液15.63 mL，则铁与浓硫酸反应产生的SO₂气体
的物质的量为               ；经称量，实验前后装置D的质量减少0.8 g，则产生的气体中SO₂的体积分数为           。

Answer 1

（16分） （1）在加热的条件下浓硫酸与Fe反应生成SO₂，随着反应的进行，硫酸浓度变稀，与Fe反应生成H₂
（2） 5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O＝5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺
（3） 排除装置中的空气，防止H₂与空气混合受热发生爆炸。
（4） B瓶中溶液紫红色变浅说明生成了SO₂，D中黑色粉末变红说明生成了H₂。(答对一种得1分)
（5） ①5、2、6、2、8、10CO₂ 
②滴入最后一滴H₂C₂O₄溶液时KMnO₄溶液的紫红色褪去且半分钟之内不恢复。
③0.025 mol，              33.3%

解析试题分析：（1）在加热的条件下浓硫酸与Fe反应生成SO₂，随着反应的进行，硫酸浓度变稀，与Fe反应生成H₂，所以足量的铁与浓硫酸反应产生的气体可能是二者的混合气体；
（2）B中发生的反应是二氧化硫与酸性高锰酸钾溶液发生的氧化还原反应，离子方程式为5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O＝5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺
（3）实验中产生的氢气与空气混合易发生爆炸，所以实验前先通入一段时间的N₂，目的是排除装置中的空气，防止H₂与空气混合受热发生爆炸。
（4）二氧化硫与酸性高锰酸钾反应，使溶液颜色变浅或褪色，氢气还原氧化铜有Cu生成，使黑色固体变红，所以实验现象是B瓶中溶液紫红色变浅说明生成了SO₂，D中黑色粉末变红说明生成了H₂。
（5）①H₂C₂O₄中的C元素是+3价，产物应升高到+4价，所以空白处的产物是CO₂，升高2价，MnO₄^-中的Mn是+7价，产物中的Mn是+2价，降低5价，根据得失电子守恒，可知H₂C₂O₄的系数是5，MnO₄^-,的系数是2，从而CO₂的系数是10，Mn²⁺,的系数是2，再根据电荷守恒配平H⁺的系数是6，最后根据质量守恒配平H₂O的系数是8；
②高锰酸钾溶液为紫色溶液，当反应完全时滴入最后一滴H₂C₂O₄溶液，KMnO₄溶液的紫色褪去且半分钟之内不恢复；
③实验中消耗H₂C₂O₄的物质的量是0.2 mol/L×15.63×10^-3L=3.126×10^-3mol，则反应后B溶液中的高锰酸钾的物质的量是3.126×10^-3mol×2/5×8=0.01mol，所以用于和二氧化硫反应的高锰酸钾的物质的量是0.1mol/L×0.2L-0.01mol=0.01mol,则B中吸收二氧化硫的物质的量是0.01mol×5/2=0.025mol；
根据D中的固体的质量的减少值，可计算氢气的物质的量。
CuO+H₂=Cu+H₂O，   固体质量减少
1mol               16g
n                   0.8g
解得n=0.05mol,
所以混合气体中有0.025mol的SO₂和0.05mol的H₂，实验后二氧化硫的体积分数也是物质的量分数是0.025/(0.025+0.05) ×100%=33.3%.
考点：考查铁与浓硫酸的反应实验，气体的检验，氧化还原反应的计算，离子方程式的书写与配平，实验现象的判断，对实验的分析