Question

11．为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组用碳素钢（即铁和碳的合金）进行了以下探究活动：
（1）常温下，工业上用铁质容器盛放冷的浓硫酸，其原因是铁钉表面被钝化；
（2）称取碳素钢6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到混合气体Y ①甲同学认为X中除Fe³⁺之外还可能含有Fe²⁺．若要确认其中的Fe²⁺，应选用d；
a．KSCN溶液和氯水    b．铁粉和KSCN溶液     c．浓氨水   d．酸性KMnO₄溶液
②乙同学取560mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄反应，然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体4.66g．由此推知气体Y中SO₂的体积分数为80%．
（3）分析Y气体中还含有另一种能使澄清石灰水变混浊的气体，化学方程式表示是如何生成的C+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；如果该反应有0.4mol电子转移，则在标准状况下产生气体6.72L．

Answer 1

分析 （1）铁在冷的浓硫酸中发生钝化，表面形成致密的氧化膜；
（2）亚铁离子有还原性，能还原酸性高锰酸钾溶液而使其褪色；根据硫酸钡与二氧化硫的关系式计算二氧化硫的体积，再根据体积分数公式计算；
（3）碳素钢中含有碳，加热条件下，碳能和浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水；根据方程式转移4mole-～～3×22.4L的气体．

解答 解：（1）常温下，铁遇冷的浓硫酸发生氧化还原反应，在铁表面生成一层致密的氧化物薄膜而阻止了进一步的反应，即发生钝化现象，所以反应片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，故答案为：铁钉表面被钝化；
（2）①亚铁离子具有还原性，而酸性高锰酸钾有氧化性，发生氧化还原反应使高锰酸钾溶液褪色，故答案为：d；
②SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，
所以硫酸钡和二氧化硫之间的关系式为SO₂～BaSO₄，设二氧化硫的体积为V，
SO₂～～～～BaSO₄，
22.4L     233g
V         4.66g
V=0.448l=448mL，所以二氧化硫的体积分数=$\frac{448ml}{560ml}$=80%，
故答案为：80%；
（3）碳素钢中含有碳，加热条件下，碳能和浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水，反应方程式为C+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，由方程式可知
4mole-～～3×22.4L，所以0.4mol电子转移，生成气体为6.72L，故答案为：C+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；6.72．

点评 本题考查了浓硫酸的性质、二氧化硫的性质、常见物质的检验等知识点，侧重于考查学生综合运用化学知识的能力和实验能力，注意常温下，铁和冷的浓硫酸不是不反应，而是反应生成了致密的氧化物薄膜而阻止了进一步反应，为易错点．