Question

4．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，其原因是铁表面被钝化．
（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⁺，需进行的实验是取少量溶液X于试管中，滴入几滴酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液的紫色褪去，则说明溶液中含有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%．．

Answer 1

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溶液中同时存在铁离子和亚铁离子，需要用酸性高锰酸钾溶液检验亚铁离子；
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：铁表面被钝化；
（2）①甲同学认为X中除Fe³⁺外还可能含有Fe²⁺，若要确认其中存在Fe²⁺，需要用酸性高锰酸钾溶液检验，方法为：取少量溶液X于试管中，滴入几滴酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液的紫色褪去，则说明溶液中含有Fe²⁺，
故答案为：取少量溶液X于试管中，滴入几滴酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液的紫色褪去，则说明溶液中含有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．