Question

20．某校化学兴趣小组同学取锌粒与浓H₂SO₄充分反应制取SO₂气体，待锌粒全部溶解后，同学们准备用收集到的气体（X）准备做实验，但是老师说收集到的气体（X）可能含有杂质．
（1）该化学兴趣小组制得的气体（X）中混有的主要杂质气体可能是H₂（填化学式），写出此过程所发生的2个化学反应方程式：Zn+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄ +SO₂↑+2H₂O、Zn+2H₂SO₄=ZnSO₄ +H₂↑．
（2）一定质量的Zn与87.5mL  16.0mol/L浓硫酸充分反应，反应后称量剩余锌发现质量减少了78g，产生SO₂体积（标准状况下）=4.48L．
（3）为证实相关分析，该小组的同学设计了如图1所示的实验装置，对此气体（X）取样进行认真研究（遇有气体吸收过程，可视为全吸收）．

①酸性KMnO₄溶液的作用是除去二氧化硫气体；B中添加的试剂是浓硫酸．
②装置C中所装药品为CuO，可证实气体X中混有较多量某杂质气体的实验现象是C中黑色粉末变为红色，D中的白色固体变为蓝色．
（4）实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图2所示（省略夹持和净化装置）．仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，最合理的选项是D

选项	a物质	b物质	c收集的气体	d中的物质
A	浓氨水	NaOH	NH3	H2O
B	浓硫酸	Na2SO3	SO2	澄清石灰水
C	稀硝酸	Cu	NO2	H2O
D	浓盐酸	KMnO4	Cl2	NaOH溶液

Answer 1

分析 （1）浓硫酸随反应进行浓度变小后，稀硫酸和锌反应生成氢气，所以气体杂质含有氢气；锌和浓硫酸反应生成硫酸锌，二氧化硫和水，锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，据此书写化学方程式；
（2）硫酸完全反应，发生反应：Zn+2H₂SO₄（浓）=ZnSO₄+SO₂↑+H₂O，Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，结合方程式计算；
（3）证明气体中含有氢气，酸性高锰酸钾溶液目的吸收生成的二氧化硫气体，则B装置中加浓硫酸吸收气体表面的水分，装置C将残留的气体通过灼热的氧化铜反应，目的是验证该气体具有还原性，装置D无水硫酸铜检验水，若变蓝色则C装置反应生成水，根据元素守恒且该气体具有还原性，则X气体为H₂，据此进行分析；
（4）A．氨气密度比空气小；
B．澄清石灰水浓度较小；
C．铁与稀硝酸反应产生的气体为NO，一氧化氮难溶于水；
D．浓盐酸和高锰酸钾反应生成氯气．

解答 解：（1）浓硫酸随反应进行浓度变小后，稀硫酸和锌反应生成氢气，所以气体杂质含有氢气；锌和浓硫酸反应生成硫酸锌，二氧化硫和水，故对应的化学方程式为Zn+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄ +SO₂↑+2H₂O，锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，
故对应的化学方程式为Zn+2H₂SO₄=ZnSO₄ +H₂↑，
故答案为：H₂；Zn+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄ +SO₂↑+2H₂O、Zn+2H₂SO₄=ZnSO₄ +H₂↑；
（2）一定质量的Zn与87.5mL 16.0mol/L的H₂SO₄的浓溶液充分反应，反应后称量剩余锌发现质量减少了78.0g，则参加反应Zn的物质的量为1.2mol，H₂SO₄的物质的量为0.0875L×16mol/L=1.4mol，
由于硫酸都没有剩余，设与浓硫酸反应的Zn为xmol，与稀硫酸反应的Zn为ymol，则：
Zn+2H₂SO₄（浓）=ZnSO₄+SO₂↑+H₂O
x        2x                   x         x
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
y      y           y
由题意可知：
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=1.2}\\{2x+y=1.4}\end{array}\right.$，解得x=0.2，y=1.0，
产生SO₂体积（标准状况下）=0.2mol×22.4L/mol=4.48L，
故答案为：4.48；
（3）证明气体中含有氢气，酸性高锰酸钾溶液目的吸收生成的二氧化硫气体，则B装置中加浓硫酸吸收气体表面的水分，装置C将残留的气体通过灼热的氧化铜反应，目的是验证该气体具有还原性，装置D无水硫酸铜检验水，若变蓝色则C装置反应生成水，根据元素守恒且该气体具有还原性，则X气体为H₂，
①由以上分析得，酸性KMnO₄溶液的作用是除去二氧化硫气体；B中添加的试剂是浓硫酸，
故答案为：除去二氧化硫气体；浓硫酸；
②由以上分析得，装置C中所装药品为CuO；可证实气体X中混有较多量某杂质气体的实验现象是C中黑色粉末变为红色，D中的白色固体变为蓝色，
故答案为：CuO；C中黑色粉末变为红色，D中的白色固体变为蓝色；
（4）A．氨气密度比空气小，集气瓶中导管应短进长出，故A错误；
B．澄清石灰水浓度较小，不能用来处理尾气，故B错误；
C．铁与稀硝酸反应产生的气体为NO，一氧化氮难溶于水，不能用溶液吸收，故C错误；
D．浓盐酸和高锰酸钾反应生成氯气，氯气可用氢氧化钠吸收，故D正确；
故答案为：D．

点评 本题考查了制备方案设计，题目难度中等，侧重于考查学生的实验探究能力，注意把握硫酸及其化合物的性质，明确实验目的和实验原理是解题的关键．