Question

16．为探究铁质材料与热浓硝酸的反应，某学习小组用碳素钢（即铁和碳的合金）进行了以下探究活动：
【探究一】
（1）常温下，工业上可用铁质容器盛放冷的浓硫酸，其原因是铁钉表面被钝化
（2）称取碳素钢6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到混合气体Y．
①甲同学认为X中除Fe³⁺之外还可能含有Fe²⁺．产生Fe²⁺的离子反应方程为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，检验是否有Fe²⁺应选用下列D（选填序号）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乙同学取560mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，可以发生：SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄反应，然后加入足量BaCl₂溶液，经正确操作后得干燥固体4.66g．由此推知气体Y中SO₂的体积分数为80%．
【探究二】
根据上述实验中SO₂体积分数的分析，丙同学认为气体Y中还可能含有Q₁和Q₂两种气体，其中Q₁是相对分子质量最小的气体，在标准状况下，密度为0.0893g•L^-1，Q₂是空气的成份之一，为此设计可下列探究实验装置（图中夹持仪器省略，假设有关气体完全反应）．

（3）装置B中试剂的作用是检验SO₂是否除尽；
（4）用化学方程式表示Y气体中的Q₂气体是如何生成的：C+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O
（5）为确认Q₂的存在，需在装置中添加洗气瓶M于C（选填序号）
a．A之前　　　　　　　b．A-B间　　　　　　　　c．B-C间　　　　　　　d．C-D间．

Answer 1

分析 （1）铁在冷的浓硫酸中发生钝化，表面形成致密的氧化膜；
（2）亚铁离子有还原性，能还原酸性高锰酸钾溶液而使其褪色；根据硫酸钡与二氧化硫的关系式计算二氧化硫的体积，再根据体积分数公式计算；
（3）二氧化硫能使品红溶液褪色，据此判断是否含有二氧化硫；
（4）碳素钢中含有碳，加热条件下，碳和浓硫酸反应生成二氧化碳；
（5）用澄清石灰水检验二氧化碳，首先要排除二氧化硫的干扰．

解答 解：（1）常温下，铁遇冷的浓硫酸发生氧化还原反应，在铁表面生成一层致密的氧化物薄膜而阻止了进一步的反应，即发生钝化现象，所以反应片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，故答案为：铁钉表面被钝化；
（2）①金属铁可以和铁离子之间反应生成亚铁离子2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，金属铁可以和酸之间反应生成亚铁离子Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，亚铁离子具有还原性，而酸性高锰酸钾有氧化性，发生氧化还原反应使高锰酸钾溶液褪色，故答案为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺（或Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑）；D；
②SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，
所以硫酸钡和二氧化硫之间的关系式为SO₂～BaSO₄，设二氧化硫的体积为V，
 SO₂～BaSO₄，
22.4L 233g
V    4.66g
V=0.448l=448mL，所以二氧化硫的体积分数=$\frac{448mL}{560mL}$×100%=80%，
故答案为：80%；
（3）二氧化硫能使品红溶液褪色，所以用品红溶液检验二氧化硫是否除尽，故答案为：检验SO₂是否除尽；
（4）碳素钢中含有碳，加热条件下，碳能和浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水，反应方程式为C+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，但二氧化硫还能使品红溶液褪色，所以要检验二氧化碳必须排除二氧化硫的干扰，B装置是检验二氧化硫是否除尽，所以澄清石灰水应放置在B和C之间，即在通入碱石灰之前检验，故答案为：C．

点评 本题考查了浓硫酸的性质、二氧化硫的性质、常见物质的检验等知识点，侧重于考查学生综合运用化学知识的能力和实验能力，注意常温下，铁和冷的浓硫酸不是不反应，而是反应生成了致密的氧化物薄膜而阻止了进一步反应，为易错点．