Question

10．工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸．为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是常温下浓硫酸使铁钝化．
（2）另称取铁钉6.0g放入15.0ml浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液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d（选填序号）．
a．KSCN溶液和氯水                     b．K₃Fe（CN）₆溶液
c．浓氨水                              d．酸性KMnO₄溶液
②乙同学取336ml（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应：SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g．由此推知气体Y中SO₂的体积分数为66.7%．
分析上述实验中SO₂体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含有H₂和Q气体．为此设计了下列探究实验装置（图中夹持仪器省略）．

（3）装置B中试剂的作用是检验SO₂是否除尽．
（4）认为气体Y中还含有Q的理由是C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O（用化学方程式表示）．
（5）为确认Q的存在，需在装置中添加M于c（选填序号）．
a．A之前       b．A-B间       c．B-C间       d．C-D间
（6）如果气体Y中含有H₂，预计实验现象应是D中黑色粉末变红，E中白色粉末变蓝．

Answer 1

分析 （1）依据浓硫酸的强氧化性解答，常温下铁遇到浓硫酸发生钝化；
（2）①二价铁离子具有强的还原性，能够使酸性的高锰酸钾褪色，检验Fe²⁺，可利用+2价亚铁离子能使酸化的高锰酸钾褪色来检验；
②生成的SO₂具有还原性，通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，利用硫元素的守恒，结合关系式：SO₂→BaSO₄求出SO₂的体积分数；
（3）二氧化硫能使品红溶液褪色，从而检验二氧化硫是否除尽；
（4）加热条件下，C和浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫和水；
（5）在确定不存在二氧化硫条件下，将气体通入澄清石灰水检验是否含有二氧化碳；
（6）氢气具有还原性，能还原性，能还原黑色的氧化铜生成红色的铜单质，同时生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色．

解答 解：（1）浓硫酸具有强的氧化性，常温下遇到铁发生钝化，形成致密氧化膜阻止反应进行；
故答案为：常温下浓硫酸使铁钝化；
（2）①a．溶液中含有三价铁离子，遇到硫氰酸钾显红色，对二价铁离子检验造成干扰，故a不选；
b．溶液中含有三价铁离子，和NaOH反应生成红褐色沉淀，亚铁离子和NaOH反应生成白色沉淀，但不稳定，立即转化为黄绿色最终转化为红褐色沉淀，所以无论是否含有亚铁离子，加入浓氨水都产生红褐色沉淀，故b不选；
c．亚铁离子和浓氨水反应生成白色沉淀，但不稳定，立即转化为黄绿色最终转化为红褐色沉淀，铁离子和浓氨水反应生成红褐色沉淀，所以无论是否含有亚铁离子，加入浓氨水都产生红褐色沉淀，故c不选；
d．二价铁离子具有强的还原性，能够使酸性的高锰酸钾褪色，三价铁离子不具有还原性，不能使高锰酸钾褪色，所以可以用来检验二价铁离子，故d选；
故答案为：d；
②SO₂具有还原性，通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，
n（混合气体）=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，
SO₂ →BaSO₄
1mol  233g
n    2.33g
n=0.01mol；
则 SO2的体积分数：$\frac{0.01mol}{0.015mol}$×100%=66.7%，
故答案为：66.7%；
（3）A除去二氧化硫，二氧化硫能使品红溶液褪色，所以B可以检验A中是否完全除去二氧化硫，
故答案为：检验SO₂是否除尽；
（4）加热条件下，C和浓硫酸反应生成二氧化碳，所以Q是二氧化碳，反应方程式为C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O；
（5）实验室用澄清石灰水检验二氧化碳，但二氧化硫也能使澄清石灰水变浑浊，要检验二氧化碳应该排除二氧化硫的干扰，所以在确定不存在二氧化硫条件下，将气体通入澄清石灰水检验是否含有二氧化碳，该检验装置应该在B-C之间，
故答案为：c；
（6）氢气具有还原性，能还原性，能还原黑色的氧化铜生成红色的铜单质，同时生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色，这是检验水的特征反应，所以如果D中氧化铜变红，E中无水硫酸铜变蓝，则证明含有氢气，
故答案为：D中黑色粉末变红，E中白色粉末变蓝．

点评 本题综合考查元素化合物知识，考查性质实验方案设计，熟悉相关物质的性质是解题关键，注意二价铁离子、三价铁离子的检验方法，题目难度中等．