题目内容

15.工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸,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:
(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,其原因是在冷浓硫酸中铁钉表面形成了一层致密的氧化物保护膜,阻止了铁与硫酸铜溶液的接触.
(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+,需进行的实验是向高锰酸钾酸性溶液中滴加溶液X,若紫红色褪去,则溶液X中含有Fe2+.
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(简要表述计算过程)因为n(BaSO4)=n(SO2)=0.01mol,而336mL(标准状况)气体的物质的量为0.015mol,所以SO2的体积分数为:$\frac{0.01}{0.015}$×100%=66.7%.

分析 (1)铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中,浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化;
(2)①实验室在检验Fe2+时,可利用+2价亚铁离子能使酸化的高锰酸钾褪色来检验;
②生成的SO2具有还原性,通入足量溴水中,发生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4,利用硫元素的守恒,结合关系式:SO2→BaSO4求出SO2的体积分数.

解答 解:(1)铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中,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:在冷浓硫酸中铁钉表面形成了一层致密的氧化物保护膜,阻止了铁与硫酸铜溶液的接触;
(2)①实验室在检验Fe2+时,可利用+2价亚铁离子能使酸化的高锰酸钾褪色来检验,进行的实验为向高锰酸钾酸性溶液中滴加溶液X,若紫红色褪去,则溶液X中含有Fe2+,
故答案为:向高锰酸钾酸性溶液中滴加溶液X,若紫红色褪去,则溶液X中含有Fe2+;
②SO2具有还原性,通入足量溴水中,发生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4,
n(混合气体)=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol,
SO2 →BaSO4
1mol     233g
n        2.33g
n=0.01mol
则 SO2的体积分数:$\frac{0.01}{0.015}$×100%=66.7%,
故答案为:因为n(BaSO4)=n(SO2)=0.01mol,而336mL(标准状况)气体的物质的量为0.015mol,所以SO2的体积分数为:$\frac{0.01}{0.015}$×100%=66.7%.

点评 本题综合考查元素化合物知识、提出假设并设计实验方案的能力和文字表达能力,开放性较强,涉及:浓硫酸的强氧化性,C、S与Fe及其化合物的性质,题目难度中等.

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