Question

为研究盛装浓硫酸的铁质材料（碳素钢）与浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
【实验】
取一铁钉放入一定体积浓硫酸中，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⁺，应选用

 

（选填序号）
a．KSCN溶液和氯水   b．铁粉和KSCN溶液   c．浓氨水   d．酸性：KMn0₄溶液
②为分析气体成分，乙同学取448mL（标准状况）气体Y通人足量溴水中，发生的反应式为：Br₂+SO₂+2H₂0═2HBr+H₂S0₄，然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g
【提出猜想】
分析上述实验中SO₂的体积分数的结果，同学们认为Y中还可能含有其它气体并作如下猜测：
猜想一：Y气体中可能含有H₂；
猜想二：

 

猜想三：

 

【设计实验，验证猜想】
为验证以上猜想，同学们准备用下列如图装置设计探究实验（装置可重复使用，夹持仪器省略）．

（1）实验装置连接次序为A→

 

→

 

→F

 

→

 

→F
（2）装置B中试剂作用是

 

．
（3）猜想一的理由是

 

（用化学方程式表示）．
（4）如果猜想一成立，预计实验现象应该是

 

．

Answer 1

分析：实验：①亚铁离子具有还原性，高锰酸钾溶液呈紫色，具有氧化性，可与亚铁离子在酸性条件下反应，据此可以具有亚铁离子；
【提出猜想】：用于浓硫酸能够与碳单质反应，所以混合气体中可能含有二氧化碳；浓硫酸变成稀硫酸，稀硫酸与铁反应生成氢气，据此完成假设；
（1）验证气体存在的顺序为：SO₂→CO₂→CO和H₂被氧化→H₂O→CO₂，实验中要避免其它物质的性质干扰；
（2）检验CO₂气体的存在应先除去SO₂气体并检验是否除尽；
（3）气体中如含有H₂，发生的反应为Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑；
（4）含有H₂，与CuO在加热条件下反应生成铜和水，以此来判断反应现象．

解答：解：实验：①亚铁离子能使酸化的高锰酸钾褪色，溶液中已经有Fe³⁺，选择a会造成干扰，选b只能检验溶液中含有+3价铁离子，选c会造成两种沉淀，受氢氧化铁颜色的影响无法辨别，只能选d，
故答案为：d；
【提出猜想】碳素钢中含有碳元素，碳能够与浓硫酸在加热条件下反应生成二氧化碳，所以混合气体中可能含有二氧化碳气体；铁和浓硫酸反应生成二氧化硫，随反应进行硫酸浓度减小变为稀硫酸后铁和稀硫酸反应生成氢气，所以可能情况有如下三种：猜想一：Y气体中可能含有H₂；猜想二：Y气体中可能含有CO₂；猜想三：Y气体中可能含有H₂和CO₂ ，
故答案为：Y气体中可能含有CO₂；Y气体中可能含有H₂和CO₂ ；
（1）碳素钢中含有碳元素，推断所的气体中可能含有二氧化碳，结合图中设计装置的目的，可知检验二氧化碳的方法是首先将二氧化硫除去→确认二氧化硫已经完全除去→澄清石灰水，对于氢气的检验则可通过与灼热氧化铜的反应现象和对产物水的验证来实现，验证气体存在的顺序为：SO₂→CO₂→CO和H₂被氧化→H₂O→CO₂，实验中要避免其它物质的性质干扰，即为A→B→C→F→E→D，
故答案为：B；C；E；D；
（2）CO₂气体和SO₂气体都能使澄清石灰水变浑浊，检验CO₂气体的存在应先除去SO₂气体并检验是否除尽，
故答案为：检验SO₂是否除尽；
（3）气体中如含有H₂，发生的反应为Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑，
故答案为：Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑；
（4）含有H₂，与CuO在加热条件下反应生成铜和水，E中固体由黑色氧化铜生成红色铜，D中无色硫酸铜吸水生成五水硫酸铜蓝色晶体，
故答案为：E中固体由黑变红，D中固体由白变蓝色．

点评：本题考查浓硫酸的性质、常见气体的检验，题目较为综合，具有一定难度，做题时注意把握物质的性质是解答本题的关键，特别是要排除其它物质的干扰．