Question

11．某同学设计实验探究金属M与浓硫酸反应的气体产物．
[提出假设]假设1：气体产物只有SO₂；
假设2：气体产物为SO₂和H₂混合物．
[实验设计]为了探究金属M与浓硫酸反应产物，设计如图实验装置：一定量的浓硫酸与足量金属M反应．

（1）若B瓶里品红溶液褪色，E、F和G中都无明显现象，则假设1正确（填“1”或“2”）．反应后硫酸盐中金属显+2价．写出A中可能发生的化学方程式：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）若D瓶品红溶液无颜色变化，F管中黑色粉末变成红色，G干燥管里白色粉末变蓝色，则M可能是铁、镁、锌、铝等（填一个即可）；写出C瓶发生的离子方程式：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺．
[实验反思]为了进一步探究金属M成分，进行如下实验：
（3）为了观察溶液颜色，实验完毕后，需要稀释烧瓶里溶液．稀释烧瓶里溶液的操作方法：先将烧瓶中混合溶液冷却，再将混合液慢慢倒入盛水的烧杯里，并不断搅拌
（4）将稀释后的溶液分装甲、乙试管，向甲试管里滴加KSCN溶液，溶液变红色；向乙试管里滴加酸性高锰酸钾溶液，振荡，溶液紫色褪去．如果烧瓶溶液中金属离子浓度相等，写出烧瓶里浓硫酸发生化学反应的化学方程式：4Fe+10H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+5SO₂↑+10H₂O．

Answer 1

分析 金属与浓硫酸反应，开始生成的是二氧化硫，如果金属过量，浓硫酸变成稀硫酸后，如果金属较活泼，则可能还生成氢气；
（1）如果有氢气存在，氢气能够还原氧化铜生成铜；铜与浓硫酸加热生成硫酸铜、二氧化硫和水；
（2）若D瓶品红溶液无颜色变化，F管中黑色粉末变成红色，G干燥管里白色粉末变蓝色，说明生成氢气；
则金属活泼性顺序排在氢前面；C中二氧化硫被酸性高锰酸钾吸收发生氧化还原反应；
（3）反应物中有浓硫酸，根据稀释浓硫酸的方法进行解答，注意稀释前先冷却，然后将混合液加入烧杯中；
（4）将稀释后的溶液分装甲、乙试管，向甲试管里滴加KSCN溶液，溶液变红色，说明溶液中含有三价铁离子；向乙试管里滴加酸性高锰酸钾溶液，振荡，溶液紫色褪去，说明溶液中含有二价铁离子，然后根据质量守恒定律、得失电子守恒书写方程式．

解答 解：当金属过量时，且金属较活泼则生成的气体中可能含有氢气，所以假设2为：气体产物有SO₂和H₂ ，故答案为：气体产物有SO₂和H₂ ；
（1）如果有氢气存在，氢气能够还原氧化铜生成铜，F中黑色固体变红，若B瓶里品红溶液褪色，E、F和G中都无明显现象，说明不含氢气，故1正确；铜与浓硫酸加热生成硫酸铜、二氧化硫和水，方程式：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）若D瓶品红溶液无颜色变化，F管中黑色粉末变成红色，G干燥管里白色粉末变蓝色，说明生成氢气；
则金属活泼性顺序排在氢前面，则M可以是铁、镁、锌、铝等（填一个即可）的任意一种；
C瓶中二氧化硫被高锰酸钾氧化，离子方程式：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
故答案为：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（3）可以类比稀释浓硫酸的方法进行操作，方法为：先将烧瓶中混合溶液冷却，再将混合液慢慢加入盛水的烧杯里，并不断搅拌，
故答案为：先将烧瓶中混合溶液冷却，再将混合液慢慢加入盛水的烧杯里，并不断搅拌；
（4）将稀释后的溶液分装甲、乙试管，向甲试管里滴加KSCN溶液，溶液变红色，说明溶液中含有三价铁离子；向乙试管里滴加酸性高锰酸钾溶液，振荡，溶液紫色褪去，说明溶液中含有二价铁离子，要使溶液中二价铁离子与三价铁离子浓度相等，则根据质量守恒定律、得失电子守恒，反应的化学方程式：4Fe+10H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+5SO₂↑+10H₂O；
故答案为：4Fe+10H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+5SO₂↑+10H₂O．

点评 本题考查了浓硫酸的化学性质、氧化还原反应的计算、化学方程式的书写等知识，题目难度较大，试题涉及的知识点较大，题量较大，充分考查了学生对所学知识的掌握情况，注意明确浓硫酸的化学性质及浓硫酸与金属反应的原理．