Question

工业上常用铁质容器盛装冷浓酸．为研究铁质材料与硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
【探究一】（1）将己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

 

．
（2）另取该铁钉样品放入一定体积的浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液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

 

（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=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

 

．
【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

 

．
（4）认为气体Y中还含有Q的理由是

 

（用化学方程式表示）．
【探究三】对铁钉中单质铁的含量（其他成分和硫酸不反应）进行测定，他们先配制一定物质的量浓度的硫酸，然后将一定质量的铁与硫酸充分反应，并收集产生的气体，有关数据如下表：

	①	②	③
硫酸溶液体积/mL	50	50	50
称取铁钉质量/g	5.0	6.0	7.0
再投入铜粉质量/g	1.0	1.0	1.0
标准状况下的体积/L	1.97	2.24	2.24

（5）所配硫酸的物质的量浓度为

 

mol/L；铁钉中单质铁的质量分数为

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量,浓硫酸的性质实验

专题：

分析：（1）常温条件下，铁与浓硫酸能产生钝化现象；
（2）根据亚铁离子的性质选取试剂，亚铁离子有还原性，可用强氧化性的物质检验，且必须有明显的实验现象；
（3）二氧化硫能使品红溶液褪色，从而检验二氧化硫是否存在；
（4）根据铁钉的成分分析，铁钉中的铁和碳在加热条件下都能与浓硫酸发生氧化还原反应；
（5）将题中表格所提供的三组数据进行比较分析，可以看出②和③中铁的量在①的基础增加了，但产生的氢气没有增加，说明酸不足，铁过量，即①中酸过量，铁钉完全溶解，所以硫酸的物质的量浓度可以根据②或③中的有关数据进行计算，参加反应的铁则用①中的数据进行计算．

解答： 解：（1）铁钉放入冷硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化阻止反应进一步进行，故答案为：铁钉表面被氧化；
（2）①亚铁离子能使酸性高锰酸钾褪色，溶液中已经有三价铁离子，选择a会造成干扰，b能检验三价铁离子的存在，选c生成两种沉淀，受氢氧化铁沉淀颜色的影响无法分辨，
故选d；
②SO₂具有还原性，通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，生成的硫酸遇到氯化钡会产生白色沉淀，则n（混合气体）=

0.336L

22.4L/mol

=0.015mol；
SO₂ ～BaSO₄
1mol 233g
n    2.33g
n=0.01mol
所以二氧化硫的体积分数为：

0.01mol

0.015ml

×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：检验二氧化硫是否除尽；
（4）在加热时，铁钉中不仅铁和浓硫酸反应，碳也和浓硫酸反应生成生成二氧化硫、二氧化碳和水，反应方程式为
C+2H₂SO₄（浓硫酸）

△   .

CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O，故答案为：C+2H₂SO₄（浓硫酸）

△   .

CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）将题中表格所提供的三组数据进行比较分析，可以看出②和③中铁的量在①的基础增加了，但产生的氢气没有增加，说明酸不足，铁过量，即①中酸过量，铁钉完全溶解，所以硫酸的物质的量浓度可以根据②或③中的有关数据进行计算，参加反应的铁则用①中的数据进行计算．
设50ml溶液中硫酸的物质的量为xmol．5g铁钉中铁的质量为yg．
Fe+H₂SO₄ ═FeSO₄ +H₂↑
1mol 1mol
x   

2.24L

22.4l/mol

x=0.1mol
稀硫酸的物质的量浓度=

0.1mol

0.05L

=2mol/L
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56g            1mol
yg           

1.97L

22.4L/mol

=0.088mol，

56g

y

=

1mol

0.088mol

y=4.925g，
单质铁的质量分数=

4.925g

5.0g

×100%=98.5%
故答案为：2；98.5%．

点评：本题考查了浓硫酸、二氧化硫的性质及亚铁离子、铁离子的检验等知识点，难度较大，易错题是（4），容易忽略铁钉中的碳而导致该题不会分析．