Question

2．为研究铁与热浓硫酸的反应，某学习小组设计了下图，进行探究活动：

实验中观察到的部分现象如下：开始时，B、C中均有气泡产生；随后气泡量减少，B中溶液褪色，C中溶液颜色变浅；一段时间后，C、D中的气泡量又会明显增加．
（1）仪器G的名称是干燥管，其作用是防止空气中的水进入F装置．
（2）“一段时间后气泡量又会明显增加”的原因是（只用化学方程式表示）：Fe+H₂SO₄═H₂↑+FeSO₄．
（3）装置D中的药品是浓硫酸，F中的药品是无水硫酸铜，其作用是检验水的生成，
（4）E中的实验现象是黑色固体变红．
（5）若A中反应后铁有剩余，将所得溶液久置于空气中会生成红褐色絮状物，用一离子方程式表示其变化：12Fe²⁺+3O₂+6H₂O═4Fe（OH）₃↓+8Fe³⁺．
（6）若足量的铁与10mL18.0mol•L^-1的浓H₂SO₄在上述装置中反应完全，测得反应前后E装置的质量减少了0.32g，则A中所得的FeSO₄溶液物质的量浓度为10mol•L^-1．（假设溶液体积不变）

Answer 1

分析 加热条件下，Fe与浓硫酸反应生成二氧化硫，当硫酸浓度减小，变为稀硫酸时，生成氢气，检验二氧化硫用品红溶液，生成的氢气与CuO反应生成水蒸气，通过检验水蒸气的存在，可以证明生成了氢气，所以D装置要干燥氢气，F装置为无水硫酸铜检验水蒸气，G装置是为了防止空气中的水蒸气产生干扰；
（1）根据装置图分析；G装置是为了防止空气中的水蒸气产生干扰；
（2）浓硫酸变为稀硫酸时，与Fe反应生成氢气；
（3）D中药品是用来干燥氢气；无水硫酸铜遇水变蓝色；
（4）在加热条件下，CuO与氢气反应生成Cu；
（5）若A中反应后铁有剩余，则溶液转化Fe为Fe²⁺，Fe²⁺在空气中能被氧气氧化为Fe³⁺；
（6）根据Fe+2H₂SO₄═SO₂↑+FeSO₄+H₂O，Fe+H₂SO₄═H₂↑+FeSO₄计算．

解答 解：加热条件下，Fe与浓硫酸反应生成二氧化硫，当硫酸浓度减小，变为稀硫酸时，生成氢气，检验二氧化硫用品红溶液，生成的氢气与CuO反应生成水蒸气，通过检验水蒸气的存在，可以证明生成了氢气，所以D装置要干燥氢气，F装置为无水硫酸铜检验水蒸气，G装置是为了防止空气中的水蒸气产生干扰；
（1）由装置图可知，仪器G的名称是干燥管；F装置为无水硫酸铜检验水蒸气，G装置干燥管中是干燥剂，可以吸收空气中的水蒸气，防止空气中的水蒸气进入F产生干扰；
故答案为：干燥管；防止空气中的水进入F装置；
（2）浓硫酸变为稀硫酸时，与Fe反应生成氢气，其反应的方程式为：Fe+H₂SO₄═H₂↑+FeSO₄；
故答案为：Fe+H₂SO₄═H₂↑+FeSO₄；
（3）D中药品是用来干燥氢气，D中药品为液体干燥剂，所以D中为浓硫酸；CuO与氢气反应生成水蒸气，水蒸气进入F中使无水硫酸铜变蓝色；
故答案为：浓硫酸；检验水的生成；
（4）E转化固体为CuO，在加热条件下，CuO与氢气反应生成Cu，所以现象为黑色固体变红；
故答案为：黑色固体变红；
（5）若A中反应后铁有剩余，则溶液转化Fe为Fe²⁺，Fe²⁺在空气中能被氧气氧化为Fe³⁺，所得溶液久置于空气中会生成红褐色絮状物，即生成了氢氧化铁沉淀，所以反应的离子方程式为：12Fe²⁺+3O₂+6H₂O═4Fe（OH）₃↓+8Fe³⁺；
故答案为：12Fe²⁺+3O₂+6H₂O═4Fe（OH）₃↓+8Fe³⁺；
（6）测得反应前后E装置的质量减少了0.32g，则n（O）=$\frac{0.32g}{16g/mol}$=0.02mol，则（H₂）=0.02mol，由Fe+H₂SO₄═H₂↑+FeSO₄，可知消耗硫酸为0.02mol，所以发生Fe+2H₂SO₄═SO₂↑+FeSO₄+H₂O的硫酸为0.18-0.02=0.16mol，所以FeSO₄为0.16mol×$\frac{1}{2}$+0.02mol=0.1mol，所以FeSO₄溶液物质的量浓度为10mol/L；
故答案为：10．

点评 本题考查了了浓硫酸的化学性质，题目难度中等，注意掌握Fe与浓硫酸的反应原理及氢气的检验方法，试题侧重基础知识的考查，有利于提高学生灵活应用基础知识的能力．