Question

某兴趣小组在研究性学习中设计了如下实验探究Fe和H₂SO₄反应的过程，装置如图所示．

①在烧瓶中加入浓硫酸．
②将提拉式铁丝插入溶液中，观察到有少量气泡，后停止的现象．
③加热烧瓶至有大量气体 产生时停止加热，品红溶液颜色褪去，烧瓶中溶液变为棕黄色．
④一段时间后KMnO₄溶液颜色不再变浅，但NaOH 溶液中仍有气体放出，在导管口处可点燃此气体，烧瓶中液体变为浅绿色
根据以上实验回答：
（1）由步骤②的现象可得出的结论是：

 

（2）在步骤③中，品红溶液褪色的原因是

 

（3）写出步骤④中，使溶液变为浅绿色的可能的原因是（用离子方程式表示）

 

；
（4）KMnO₄溶液褪色的化学方程式

 

．
（5）设计实验证明反应后的溶液中只有Fe²⁺（答操作和现象）

 

（6）若在反应中铁丝质量减少a克，并收集到bL可燃性气体（标准状况下假设无体积损失），则在反应过程中产生的使品红溶液褪色的气体的质量是

 

（用含a、b数学表达式表示）

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：

分析：（1）在常温下铁在浓硫酸中发生钝化；
（2）根据二氧化硫具有漂白性的知识来回答；
（3）金属铁可以和稀硫酸反应还可以和三价铁反应；
（4）二氧化硫与高锰酸钾发生氧化还原反应生成锰离子和硫酸根；
（5）溶液中加硫氰化钾溶液，不变红色，说明没有三价铁离子，再加氯气变红色说明含有亚铁离子；
（6）收集到bL可燃性气体为氢气，则可以求出生成氢气消耗的Fe，再结合得失电子守恒计算．

解答： 解：（1）常温下将Fe丝插入硫酸中会有气泡产生，说明发生了反应，但一会儿后即停止，说明Fe在硫酸中发生了钝化，阻止了反应的进一步进行，
故答案为：在常温下铁在浓硫酸中发生钝化；
（2）Fe与浓H₂SO₄反应可能是浓H₂SO₄强氧化性或是发生置换反应生成H₂，则实验现象品红溶液褪色说明产生的是SO₂气体，
故答案为：生成的二氧化硫具有漂白性；
（3）溶液变为浅绿色说明产生了Fe²⁺，一种可能是Fe与H₂SO₄反应生成FeSO₄，也存在Fe³⁺离子转化为Fe²⁺，故答案为：Fe+2 H⁺=Fe²⁺+H₂，Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（4）二氧化硫与高锰酸钾发生氧化还原反应生成锰离子和硫酸根，其反应的化学方程式为：5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄；
故答案为：5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄；
（5）取适量反应后的溶液放入试管中，加入KSCN溶液无明显现象，再加入少量氯水，溶液变红则证明溶液中含有Fe²⁺但不含Fe³⁺；
故答案为：取适量反应后的溶液放入试管中，加入KSCN溶液无明显现象，再加入少量氯水，溶液变红则证明溶液中含有Fe²⁺但不含Fe³⁺；
（6）收集到bL可燃性气体氢气，根据化学方程式Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂可以知道消耗金属铁的物质的量为

b

22.4

mol，
则和三价铁反应消耗金属铁的物质的量为（

a

56

-

b

22.4

）mol，
由电子守恒可知该物质的量和生成二氧化硫的量相等，所以生成二氧化硫的质量为64（

a

56

-

b

22.4

）g，
故答案为：64（

a

56

-

b

22.4

）．

点评：本题考查了实验探究Fe和H₂SO₄反应的过程，题目难度中等，侧重于考查学生的实验操作和处理实验数据能力，明确反应原理和有关物质的性质是解题的关键．