Question

某校化學(xué)興趣小組在探究鐵與濃硫酸的反應(yīng)時(shí)，將教材中銅與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置（圖Ⅰ）改為圖Ⅱ所示的裝置．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）寫出圖Ⅰ中虛框處發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（2）圖Ⅱ?qū)嶒?yàn)裝置與圖Ⅰ相比較，其優(yōu)點(diǎn)是：①能更好地吸收有毒氣體SO₂，防止其污染環(huán)境；②

 

．
（3）下列對(duì)導(dǎo)管a的作用分析中正確的是

 

 （填字母）．
A．加熱反應(yīng)過(guò)程中，可上下移動(dòng)導(dǎo)管a，起攪拌作用
B．停止加熱，試管內(nèi)的壓強(qiáng)減小，從導(dǎo)管a進(jìn)入的空氣可增大試管A內(nèi)的壓強(qiáng)，防止倒吸
C．停止反應(yīng)，撤裝置之前往導(dǎo)管a中通入空氣，可排除裝置內(nèi)的SO₂氣體，防止其污染環(huán)境
（4）反應(yīng)一段時(shí)間后，將試管A取下，然后將試管A中溶液倒入另一盛有適量水的試管D中．該小組同學(xué)為確定溶液中所存在的金屬離子，進(jìn)行下列探究過(guò)程．
①提出假設(shè)：
假設(shè)Ⅰ：只含有Fe³⁺．假設(shè)Ⅱ：

 

．假設(shè)Ⅲ：

 

．
②實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：
分別取少量試管D中溶液，選用提供的試劑，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)溶液中所存在的金屬離子．請(qǐng)?zhí)顚懴卤砜瞻祝�可以不填滿，也可以增加）．
提供的試劑：稀鹽酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO₄溶液．

步驟	所選試劑	現(xiàn)象及結(jié)論
1
2
3

Answer 1

分析：（1）圖Ⅰ中虛框處銅與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水；
（2）對(duì)比圖Ⅱ?qū)嶒?yàn)裝置與圖Ⅰ裝置，得出圖Ⅱ?qū)嶒?yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)；
（3）銅與濃硫酸的反應(yīng)，不需要使用玻璃棒攪拌，導(dǎo)管a可以平衡試管內(nèi)外大氣壓，防止倒吸現(xiàn)象；二氧化硫有毒，反應(yīng)結(jié)束后可以通過(guò)a通入空氣，排出裝置中有毒的二氧化硫；
（4）①根據(jù)鐵為變價(jià)金屬，反應(yīng)產(chǎn)物中可能存在鐵離子、亞鐵離子進(jìn)行完善假設(shè)；
②分別根據(jù)檢驗(yàn)亞鐵離子、鐵離子的常用方法進(jìn)行設(shè)計(jì)檢驗(yàn)方案．

解答：解：（1）銅在加熱條件下與濃硫酸反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）

△   .

CuSO₄+2H₂O+SO₂↑，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）

△   .

CuSO₄+2H₂O+SO₂↑；
（2）根據(jù)圖示裝置可知，圖Ⅱ?qū)嶒?yàn)裝置比圖Ⅰ能更好地吸收有毒氣體SO₂，防止其污染環(huán)境；圖Ⅰ不能控制反應(yīng)的進(jìn)行，而圖Ⅱ可以隨開(kāi)隨停，便于控制反應(yīng)的進(jìn)行，避免了資源浪費(fèi)，減少了污染物生成，
故答案為：能隨開(kāi)隨停，便于控制反應(yīng)的進(jìn)行；
（3）A．加熱反應(yīng)過(guò)程中，不需要攪拌，若可上下移動(dòng)導(dǎo)管a，可能引起二氧化硫的逸出，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)結(jié)束后停止加熱時(shí)，試管內(nèi)的壓強(qiáng)會(huì)減小，從導(dǎo)管a進(jìn)入的空氣可增大試管A內(nèi)的壓強(qiáng)，導(dǎo)管a起到了平衡氣壓的作用，從而能夠防止倒吸，故B正確；
C．二氧化硫?yàn)橛卸練怏w，撤裝置之前可以向?qū)Ч躠中通入空氣，從而排出裝置內(nèi)的有毒氣體SO₂，防止其污染環(huán)境，故C正確；
故答案為：BC；
（4）①鐵與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)生成產(chǎn)物中可能為鐵離子或亞鐵離子，所以提出的假設(shè)有三種情況：假設(shè)Ⅰ：只含有Fe³⁺，假設(shè)Ⅱ：只含有Fe²⁺；假設(shè)Ⅲ：同時(shí)含有Fe²⁺和Fe³⁺，
故答案為：只含有Fe²⁺；同時(shí)含有Fe²⁺和Fe³⁺；
②檢驗(yàn)溶液中是否含有鐵離子、亞鐵離子，可以使用硫氰化鉀溶液檢驗(yàn)鐵離子，若溶液變紅，則含有Fe³⁺，若不變紅，則不含有Fe³⁺；
然后使用稀硫酸和高錳酸鉀溶液檢驗(yàn)亞鐵離子，若KMnO₄溶液褪色，則含有Fe²⁺，若不褪色，則不含有Fe²⁺，
故答案為：

步驟	所選試劑	現(xiàn)象、結(jié)論
1	KSCN溶液	若溶液變紅，則含有Fe3+； 若不變紅，則不含有Fe3+
2	稀H2SO4、KMnO4溶液	若KMnO4溶液褪色，則含有Fe2+；若不褪色，則不含有Fe2+

點(diǎn)評(píng)：本題考查了濃硫酸的性質(zhì)、鐵離子、亞鐵離子的檢驗(yàn)方法，題目難度中等，注意掌握濃硫酸與銅、鐵在加熱條件下的反應(yīng)方程式，明確檢驗(yàn)鐵離子、亞鐵離子的方法．