题目内容

18.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分钟后把铁钉取出用蒸馏水洗净后放入硫酸铜溶液中,片刻后取出观察,铁钉表面无明显变化,其原因是铁钉遇到浓硫酸表面被钝化.
(2)另称取铁钉9.0g放入15.0mL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b(选填序号)
a.KSCN溶液和氯水 b.酸性KMnO4溶液 c.浓氨水   d.NaOH溶液
②乙同学取448mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中,发生反应的离子方程式是SO2+Br2+2H2O=2Br-+4H++SO42-.然后加入足量BaCl2溶液,充分反应后过滤、洗涤、干燥称量得到固体2.33g,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50%.  
分析上述实验中SO2体积分数的结果,丙同学认为气体Y中还可能含有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中试剂的作用是检验二氧化硫是否除尽.
(4)认为气体Y中还含有Q的理由是C+2H2SO4(浓硫酸)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2 ↑+2SO2↑+2H2O(用化学方程式表示).
(5)为确认Q的存在,需在装置中添加M于C(选填序号).
a.A之前              b.A-B间            c.B-C间              d.C-D间
(6)如果气体Y中含有H2,预计实验现象应是D中固体由黑色变红和E中固体由白变蓝.

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)根据二氧化硫和二氧化碳的性质分析选择位置;
(6)根据氢气的性质分析,氢气具有还原性,能还原黑色的氧化铜而生成水,水能使白色的无水硫酸铜变蓝.

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:铁钉遇到浓硫酸表面被钝化;
(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,选cd生成两种沉淀,受氢氧化铁沉淀颜色的影响无法分辨,故选b,
故答案为:b;
②SO2具有还原性,通入足量溴水中,发生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4,反应的离子方程式为:SO2+Br2+2H2O=2Br-+4H++SO42-,生成的硫酸遇到氯化钡会产生白色沉淀,则n(混合气体)=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol;
SO2 ~BaSO4
1mol  233g
n     2.33g
n=0.01mol
所以二氧化硫的体积分数为:$\frac{0.01mol}{0.02mol}$×100%=50%,
故答案为:SO2+Br2+2H2O=2Br-+4H++SO42-;50%;
(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,空气中有水蒸汽会影响无水硫酸铜对水的检验,
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)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2 ↑+2SO2↑+2H2O,
故答案为:C+2H2SO4(浓硫酸)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2 ↑+2SO2↑+2H2O;
(5)Q为二氧化碳,二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水变浑浊,选择a或b受二氧化硫的影响无法判断二氧化碳的存在,选d时二氧化碳被碱石灰吸收,
故选C,
故答案为:C;
(6)氢气还原氧化铜会生成水蒸气能使白色的硫酸铜粉末变蓝色,同时有红色的铜单质生成,
故答案为:D中固体由黑色变红和E中固体由白变蓝.

点评 本题考查了浓硫酸的性质、实验方案的设计与评价,题目难度中等,注意掌握性质实验方案设计的原则及评价方法,明确常见气体的性质及检验方法是解题关键.

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