Question

7．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：
[探究一]（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（选填序号）．
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%．
[探究二]根据上述实验中SO₂体积分数的分析，丙同学认为气体Y中还可能含有Q₁和Q₂两种气体，其中Q₁气体，在标准状况下，密度为0.0893g•L^-1．为此设计了下列探究实验装置（假设有关气体完全反应）．

（3）装置B中试剂的作用是检验SO₂是否除尽．
（4）分析Y气体中的Q₂气体是如何生成的C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O（用化学方程式表示）．
（5）已知洗气瓶M中盛装澄清石灰水，为确认Q₂的存在，需在装置中添加洗气瓶M于C（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Q₁，预计实验现象应是D中固体由黑变红，E中固体由白变蓝．

Answer 1

分析 [探究一]（1）常温下，铁和浓硫酸发生钝化现象；
（2）①亚铁离子具有还原性，能被强氧化剂氧化，能使酸性高锰酸钾溶液褪色；
②根据SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄知，二氧化硫被氧化生成硫酸，硫酸和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，所以4.66g沉淀是BaSO₄，根据S原子守恒得n（SO₂）=n（BaSO₄），进而计算SO₂的体积分数；
[探究二]Q₁气体，在标准状况下，密度为0.0893g•L^-1．则其摩尔质量为22.4L/mol×0.0893g•L^-1=2g mol/L，故Q₁为氢气，Q₂气体为CO₂，因为碳与浓硫酸反应生成二氧化硫与二氧化碳．
二氧化硫会影响二氧化碳的检验，故应先除去二氧化硫再检验二氧化碳，由装置图可知，用酸性高锰酸钾溶液除去二氧化硫，品红溶液检验二氧化硫是否除尽，洗气瓶M中盛装澄清石灰水，为确认CO₂的存在，应在B-C之间，C中碱石灰干燥气体，D中氢气与CuO发生置换反应生成Cu与水，E中无水硫酸铜检验生成水，F中碱石灰吸收水蒸气，防止空气中水蒸气加入E中．

解答 解：[探究一]（1）常温下，铁和浓硫酸反应生成一层致密的氧化物薄膜而阻止进一步被氧化，该现象为钝化现象，所以将铁钉放入浓硫酸片刻无明显变化的原因是铁钉表面被钝化，
故答案为：铁钉表面被钝化；
（2）①A．氯水能将亚铁离子氧化为铁离子，但溶液中原有的铁离子和KSCN溶液反应导致溶液呈血红色，但不能确定原来溶液中一定含有亚铁离子，故错误；
B．铁粉和铁离子、酸反应生成亚铁离子，不能确定原来溶液中是否含有亚铁离子，故错误；
C．．浓氨水和亚铁离子反应生成氢氧化亚铁沉淀，氢氧化亚铁能被氧化生成氢氧化铁红褐色沉淀，不能确定溶液中一定含有亚铁离子，故错误；
D．亚铁离子具有还原性，能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以可以用酸性高锰酸钾溶液检验亚铁离子，故正确；
故选：D；　
②根据SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄知，二氧化硫被氧化生成硫酸，硫酸和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，所以4.66g沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.02mol，根据S原子守恒得根据S原子守恒得n（SO₂）=n（BaSO₄）=0.02mol，标况下二氧化硫体积=0.02mol×22.4L/mol=0.448L=448mL，二氧化硫体积分数=$\frac{448mL}{560mL}$=680%，
故答案为：80%；
[探究二]Q₁气体，在标准状况下，密度为0.0893g•L^-1．则其摩尔质量为22.4L/mol×0.0893g•L^-1=2g mol/L，故Q₁为氢气，Q₂气体为CO₂，因为碳与浓硫酸反应生成二氧化硫与二氧化碳．
二氧化硫会影响二氧化碳的检验，故应先除去二氧化硫再检验二氧化碳，由装置图可知，用酸性高锰酸钾溶液除去二氧化硫，品红溶液检验二氧化硫是否除尽，洗气瓶M中盛装澄清石灰水，为确认CO₂的存在，应在B-C之间，C中碱石灰干燥气体，D中氢气与CuO发生置换反应生成Cu与水，E中无水硫酸铜检验生成水，F中碱石灰吸收水蒸气，防止空气中水蒸气加入E中．
（3）品红溶液能的作用是检验SO₂是否除尽，故答案为：检验SO₂是否除尽；
（4）生成二氧化碳的方程式为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，故答案为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，所以应该在排除二氧化硫条件下将气体通入澄清石灰水中检验二氧化碳，故选：C；
（6）氢气具有还原性，在加热条件下，能将黑色的CuO还原为红色的Cu，且生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色，所以如果Y中含有氢气，预计实验现象是D中固体由黑变红，E中固体由白变蓝，
故答案为：D中固体由黑变红，E中固体由白变蓝．

点评 本题考查探究物质组成及性质实验方案设计与评价，题目难度中等，明确实验原理及每个装置可能发生的反应及其作用为解答关键，试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．