Question

某同学为探究浓硫酸的性质，设计了以下实验装置图。检查好装置的气密性后，向烧瓶A中加入过量的铁粉、炭粉，再滴加浓硫酸。

（1）在未点燃酒精灯前，该同学观察到B中没有出现明显的现象，这是因为_____________；点燃酒精灯后，烧瓶内可能发生的化学反应为：

2Fe+6H₂SO₄(浓)Fe₂(SO₄)₃+3SO₂↑+6H₂O

C+2H₂SO₄(浓)CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O

随着反应的进行，还可能发生其他反应，试写出其中两个反应的离子反应方程式：________

____________________________________________________________________。

（2）当反应进行一段时间后，在C瓶中观察到有白色沉淀产生，该沉淀是_______（填化学式），在点燃E处产生的气体之前要先进行验纯，请简述操作及有关现象______________。

（3）在烧瓶中加入碳粉，可以使E处产生气体的速率加快，原因是：________________。

（4）反应结束后，安装好过滤装置。先用少量热水通过过滤器，以提高它的温度，然后将烧瓶中的溶液趁热过滤。将滤液转入试管中，用橡皮塞塞住管口，静置、冷却，可以看到硫酸亚铁晶体在试管中结晶析出。将析出的晶体过滤、干燥、称重，得硫酸亚铁晶体2.69 g。将全部晶体转入硬质玻璃管，高温加热至质量恒定不变。在标准状况下，测得产生的气体为0.112 L。

已知：硫酸亚铁晶体在受热时发生的反应为：

2FeSO₄·xH₂OFe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑+2xH₂O。请回答：

①提高过滤器温度的目的是__________________；

②用橡皮塞塞住管口是为了_________________；

③求该晶体中所含结晶水的个数（要求写出计算过程）。

Answer 1

（1）常温下，Fe遇浓硫酸钝化，而C不与浓硫酸反应。2Fe³⁺+Fe====3Fe²⁺; Fe+2H⁺====Fe²⁺+H₂↑。（其他合理答案也可）（2）BaSO₄，用一只小试管收集从玻璃尖嘴管排出的气体，收集满后用大拇指堵住试管口，靠近酒精灯火焰，移开手指，如果听到尖锐的爆鸣声说明气体不纯，如果听到噗的一声，证明气体已纯净，可以进行点燃。（3）铁与碳在硫酸中形成了原电池，加快反应速率。（4）①防止溶液冷却，晶体在漏斗中析出；②防止空气进入，使亚铁离子氧化。

③2FeSO₄·xH₂OFe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑+2xH₂O

        2mol                                           22.4 L

                           0.112 L

x=6.5。

解析：（1）Fe遇冷的浓H₂SO₄钝化，炭与冷的浓H₂SO₄不反应。当硫酸浓度变稀后，溶液中的Fe³⁺、H⁺均能与Fe反应，2Fe³⁺+Fe====3Fe²⁺,2H⁺+Fe====H₂↑+Fe²⁺。（2）反应一段时间后，进入C中的SO₂与Ba(NO₃)₂溶液反应生成BaSO₄沉淀。检验气体是否纯净的操作是：用一只小试管收集从玻璃尖嘴管排出的气体，收集满后用大拇指堵住试管口，靠近酒精灯火焰，移开手指，如果听到尖锐的爆鸣声说明气体不纯，如果听到噗的一声，证明气体已纯净，可以点燃。（3）加入碳粉后形成了以Fe为负极的原电池，生成H₂的反应速率加快。（4）①分析不提高过滤器温度会出现的结果，提高过滤器温度的目的是为了防止过滤时FeSO₄在漏斗中结晶析出。②分析不用橡皮塞塞住管口是为了防止空气中的O₂将FeSO₄氧化。③SO₃在标准状况下为固态。

FeSO₄·xH₂O—SO₂↑,

(152+18x) g        11.2 L?

    2.69 g             0.112 L

解得x=6.5。