题目内容

5．某课外活动小组的同学，合作探究锌与氧化性酸的反应
（i）甲组研究锌与浓硫酸的反应．有同学认为产生的气体除SO2外，还可能产生氢气．该同学为了检验他的判断是否正确，设计了如图所示的实验装置，其中，装置B中盛有浓硫酸，装置C中放置黑色CuO粉末，装置D中放置的是无水硫酸铜粉末（锌与浓硫酸共热时产生气体为X，且该装置略去）．试回答：

（1）上述反应中生成二氧化硫的化学方程式为Zn+2H2SO4 （浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO4+SO2↑+2H2O
（2）A中加入的试剂可能是品红溶液
（3）E中加入的试剂是碱石灰，作用是防止空气中的水蒸气进入D中，干扰检验
（4）装置A、B之间的酸性高锰酸钾溶液的作用是除去气体X中的SO2
（5）可以证明气体X中含有氢气的实验现象是黑色粉末（CuO）变成红色光亮的物质，D中白色粉末变成蓝色晶体
（ii）乙组同学研究锌与硝酸的反应
（1）该组同学发现当硝酸的浓度极低时，反应无气体产生．当锌与硝酸消耗的物质的量之比为2：5，还原产物只有一种，则硝酸的还原产物为NH4NO3或N2O，反应的化学方程式为4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+NH4NO3+3H2O或4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+N2O↑+5H2O
（2）该组同学对比不同浓度的硝酸与锌反应产物的不同，可以发现硝酸浓度越高，产物中氮元素价态越高．

分析 （i）浓硫酸具有强氧化性，金属锌具有还原性，Zn与浓H2SO4反应生成硫酸锌、二氧化硫和水，反应的方程式为：Zn+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO4+SO2↑+2H2O，随反应进行，浓硫酸变为稀硫酸，Zn与稀硫酸反应生成硫酸锌与氢气．装置A的作用为检验气体X中有二氧化硫，通常使用品红溶液；酸性高锰酸钾溶液除去二氧化硫，B装置吸收水蒸气，C中氢气与CuO发生置换反应，D中硫酸铜吸水，根据C固体颜色变化或D中硫酸铜颜色变化，判断是否有氢气生成，E中可以盛放碱石灰，防止空气中水蒸气加入D中．
（ii）（1）反应中硝酸其氧化剂、酸性作用，假设起酸性作用的硝酸生成硝酸锌，其余的硝酸全部起氧化剂作用，令Zn为2mol、硝酸为5mol，根据Zn原子守恒计算硝酸锌的物质的量，进而计算其酸性作用的硝酸，根据电子转移守恒计算还原产物中N元素化合价，进而判断还原产物，书写化学方程式；
（2）根据（1）的信息可知，硝酸浓度越高，产物中氮元素价态越高．

解答 解：（i）（1）浓硫酸具有强氧化性，金属锌具有还原性，Zn与浓H2SO4反应生成硫酸锌、二氧化硫和水，反应的方程式为：Zn+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO4+SO2↑+2H2O，
故答案为：Zn+2H2SO4 （浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO4+SO2↑+2H2O；
（2）A装置的作用是检验二氧化硫的存在，二氧化硫能漂白品红，所以通过品红溶液褪色检验SO2的存在，
故答案为：品红溶液；
（3）可以根据D中硫酸铜吸水，由白色粉末变成蓝色晶体，判断有氢气生成，E中碱石灰吸收空气中的水蒸气，防止空气中的水蒸气进入D中，干扰检验，
故答案为：防止空气中的水蒸气进入D中，干扰检验；
（4）A、B装置之间的酸性高锰酸钾溶液用于除去气体X中的二氧化硫气体，
故答案为：除去气体X中的SO2；
（5）C中氢气与氧化铜在加热条件下反应生成铜和水，该反应的化学方程式为：H2+CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H2O，黑色CuO变成红色的Cu，D中水和无水硫酸铜反应生成蓝色的五水合硫酸铜，白色粉末变为蓝色，证明气体X中含有H2的实验现象是：C中黑色CuO变成红色的Cu；D中白色粉末变成蓝色晶体，
故答案为：黑色粉末（CuO）变成红色光亮的物质，D中白色粉末变成蓝色晶体；
（ii）（1）反应中硝酸其氧化剂、酸性作用，假设起酸性作用的硝酸生成硝酸锌，其余的硝酸全部起氧化剂作用，令Zn为2mol、硝酸为5mol，根据Zn原子守恒，生成硝酸锌为2mol，设N元素在还原产物中的化合价为a，根据电子转移守恒有：2mol×2=（5mol-2mol×2）×（5-a），解得a=1，故还原产物为NH4NO3或N2O，该反应方程式为：4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+NH4NO3+3H2O或4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+N2O↑+5H2O，
故答案为：NH4NO3或N2O；4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+NH4NO3+3H2O或4Zn+10HNO3=4Zn（NO3）2+N2O↑+5H2O；
（2）根据（1）中当硝酸的浓度极低时，反应无气体产生，可知硝酸浓度越高，产物中氮元素价态越高，
故答案为：高．

点评 本题考查锌和浓硫酸的反应产物的探究检验、氧化还原反应有关计算，题目难度中等，（i）关键是理解气体检验原理，（ii）中注意利用电子转移守恒与假设法判断还原产物，难度中等．

练习册系列答案
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9．下列各组物质中，不满足组内任意两种物质在一定条件下均能发生反应的是（　　）

物质  组别甲乙丙
ASO2Ba（OH）2NaHCO3
BNa2O2H2OCO2
CNa2SiO3NaOHHCl
DAlH2SO4NaOH
A．AB．BC．CD．D
10．常温下，足量的铝，分别与下列酸反应时，放出H2最多的是（　　）
A．600mL 18.4mol/L H2SO4B．100mL 1mol/L HCl
C．200mL 80% HNO3D．600mL 0.1mol/L HNO3
7．含有下列各组离子的溶液中，通入NH3后仍能大量共存的是（　　）
A．H+、Cu2+、Fe3+、SO42-B．Na+、Ba2+、Al3+、Cl-
C．K+、Ag+、NH4+、NO3-D．Na+、K+、Br-、OH-
14．有下列物质：①水晶 ②冰醋酸 ③氧化钙 ④白磷 ⑤晶体氩 ⑥氢氧化钠 ⑦铝 ⑧金刚石 ⑨过氧化钠 （10）碳化硅（11）干冰 （12）过氧化氢，根据要求填空．
（1）属于原子晶体的化合物是①⑧（10）．
（2）直接由原子构成的分子晶体是⑤．
（3）由极性分子构成的晶体是②（12），属于分子晶体的单质是④⑤．
（4）在一定条件下，能导电且不发生化学反应的是③⑥⑨，受热熔化需克服共价键的是①⑧（10）．
10．恒温恒压下，在容积可变的容器中反应2NO2（g）=N2O4（g）达到平衡后，再向容器内通入一定量NO2，又达到平衡时N2O4的体积分数（　　）
A．不变B．增大C．减小D．无法判断
17．有一瓶K2SO3溶液，由于它可能部分被氧化，某同学进行如下实验：取少量样品溶液，滴入Ba（NO3）2溶液，产生白色沉淀，再加入足量稀硝酸，充分振荡后，仍有白色沉淀．对此实验下述结论正确的是（　　）
A．K2SO3已部分被空气中的氧气氧化
B．加入Ba（NO3）2溶液后，生成的沉淀中一定含有BaSO4
C．加硝酸后的不溶性沉淀中含有BaSO3
D．此实验不能确定K2SO3是否部分被氧化
14．实验室常利用以下反应制取少量氮气：NaNO2+NH4Cl═NaCl+N2↑+2H2O关于该反应的下列说法正确的是（　　）
A．N2既是氧化剂，又是还原剂
B．NaNO2是氧化剂
C．NH4Cl中的氮元素被还原
D．每生成1 mol N2时，转移电子的物质的量为6 mol
15．高铁酸钾（K2FeO4）是一种绿色氧化剂，在许多领域展现出广阔的应用前景．
（1）湿法制备K2FeO4：在KOH溶液中，用KC1O直接氧化Fe（NO3）3即可制得K2FeO4．该反
应的离子方程式为3ClO-+2Fe3++10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O．
（2）测定K2FeO4：样品纯度：
i．称取样品mg，加入到盛有过量碱性亚铬酸钠[NaCr（OH）4]溶液的锥形瓶中充分反应；
ii．将所得铬酸钠（Na2CrO4）溶液酸化；
iii．在所得Na2Cr2O7溶液中加入8-9滴二苯胺磺酸钠溶液作指示剂，用c mol．L-1（NH4）2Fe（SO4）2溶液滴定至终点，消耗溶液体积为V mL．整个过程中发生的反应如下：
i．1Cr（OH）4-+1FeO42-+3H2O=1Fe（OH）3（H2O）3↓+1CrO42-+OH-
ii.2CrO42-+2H+═Cr2O72-+H2O
iii．Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O
①配平方程式i；
②利用上述数据计算该样品的纯度为$\frac{\frac{1}{3}×V×1{0}^{-3}×cmol/L×198g/mol}{mg}$．（用含字母的代数式表示）．
（3）高铁酸盐在水溶液中有四种含铁形体．25℃时，它们的物质的量分数随pH的变化如图所示：
①pH=2.2时，溶液中主要含铁形体浓度的大小关系为c（H2FeO4）＞c（H3FeO4+）＞c（HFeO4-）；为获得尽可能纯净的高铁酸盐，pH应控制在
≥9．
②已知H3FeO4+的电离常数分别为：K1=2.51×10-2，K2=4.16×10-4，K3=5.01×10-8，当pH=4时，溶液中$\frac{c（HFe{O}_{4}^{-}）}{c（{H}_{2}Fe{O}_{4}）}$=4.16．
③向pH=6的高铁酸盐溶液中加入KOH溶液，发生反应的离子方程式为HFeO4-+OH-=FeO42-+H2O．
（4）某新型电池以金属锂为负极，K2FeO4为正极，溶有LiPF6的有机溶剂为电解质．工作时Li+通过电解质迁移入K2FeO4晶体中，生成K2LixFeO4．该电池的正极反应式为K2FeO4+xe-+xLi+=K2LixFeO4．

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