Question

11．工业上常用铁质容器盛装冷浓酸．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：
[探究一]
（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，其原因是铁钉表面被钝化．
（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（填序号）
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336ml（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应：SO₂+Br₂+2H₂O=2HB_r+H₂SO₄
然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g．由于此推知气体Y中SO₂的体积分数为66.7%．
[探究二]
分析上述实验中SO₂体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含量有H₂和Q气体．为此设计了下列探究实验状置（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（浓硫酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂ ↑+2SO₂↑+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中固体由黑变红和E中固体变蓝．

Answer 1

分析 （1）铁钉放入冷浓硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化；
（2）①Fe²⁺具有还原性，可与高锰酸钾发生氧化还原反应；
②气体通入足量溴水中，然后加入足量BaCl₂溶液，最终干燥得到固体4.66g为BaSO₄的，根据S元素守恒计算二氧化硫的体积，进而计算其体积分数；
（3）随着反应的进行，浓硫酸变为稀硫酸，铁与稀硫酸反应生成氢气，碳与浓硫酸反应会生成二氧化碳，Q为CO₂．用澄清石灰水检验二氧化碳，二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，可用酸性高锰酸钾除去，用品红溶液检验二氧化硫是否除尽，C中碱石灰干燥气体，根据D、E中颜色变化判断是否有氢气，F中碱石灰防止空气中水蒸气进入E中；
（4）碳与浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化硫与水；
（5）M中盛放石灰水，检验二氧化碳；
（6）氢气与氧化铜反应生成红色的Cu与水，无水硫酸铜吸水变蓝色．

解答 解：（1）铁钉放入冷的浓硫酸中，表面生成致密的氧化物保护膜，发生钝化现，阻止了硫酸铜溶液与内部金属Fe的反应，
故答案为：铁钉表面被钝化；
（2）①a．溶液已经含有Fe³⁺，影响Fe²⁺的检验，故a错误；
 b．使用铁粉和KSCN溶液，可以检验Fe³⁺，不能检验Fe²⁺，不b错误；
c．使用浓氨水，生成两种沉淀，受氢氧化铁沉淀颜色的影响无法分辨，故c错误；
d．Fe²⁺具有还原性能使酸性高锰酸钾褪色，所以可以酸性高锰酸钾检验是否含有Fe²⁺，故d正确．
故答案为：d；
②气体通入足量溴水中，然后加入足量BaCl₂溶液，最终干燥得到固体4.66g为BaSO₄的，根据S元素守恒，n（SO₂）=n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.02mol，二氧化硫的体积分数为$\frac{0.02mol×22.4L/mol}{0.672L}$×100%=66.7%，
故答案为：66.7%；
（3）随着反应的进行，浓硫酸变为稀硫酸，铁与稀硫酸反应生成氢气，碳与浓硫酸反应会生成二氧化碳，Q为CO₂．用澄清石灰水检验二氧化碳，二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，可用酸性高锰酸钾除去，用品红溶液检验二氧化硫是否除尽，C中碱石灰干燥气体，根据D、E中颜色变化判断是否有氢气，F中碱石灰防止空气中水蒸气进入E中，
故答案为：检验SO₂是否除尽；
（4）碳与浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化硫与水，反应方程式为：C+2H₂SO₄（浓硫酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓硫酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）M中盛放石灰水，检验二氧化碳，二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水变浑浊，选择a或b受二氧化硫的影响无法判断二氧化碳的存在，选d时二氧化碳被碱石灰吸收，故选：C；
（6）氢气能还原氧化铜，使氧化铜变红；氧化产物是水，所以无水硫酸铜变蓝，D中固体由黑变红和E中固体变蓝可以说明含有氢气，
故答案为：D中固体由黑变红和E中固体变蓝．

点评 本题考查综合实验探究，注意二氧化硫会影响二氧化碳的检验，要确保检验二氧化碳前除尽二氧化硫，熟练掌握元素化合物性质，题目难度中等．