Question

兩個化學興趣小組進行了以下探究活動：
第一組：為研究鐵質材料與熱濃硫酸的反應，
（1）稱取鐵釘（碳素鋼）12.0g放入30.0mL濃硫酸中，加熱，充分反應后得到溶液X并收集到氣體Y．
①甲同學認為X中除Fe³⁺外還可能含有Fe²⁺．若要確認其中是否含有Fe²⁺，應選擇加入的試劑為

 

（選填序號）．
a．KSCN溶液和氯水  b．鐵粉和KSCN溶液   c．濃氨水   d．酸性KMnO₄溶液
②乙同學取672mL（標準狀況）氣體Y通入足量溴水中，發(fā)生反應：SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄然后加入足量BaCl₂溶液，經適當操作后得到干燥固體4.66g．據此推知氣體Y 中SO₂的體積分數為

 

．
分析上述實驗中SO₂體積分數的結果，丙同學認為氣體Y中還可能含量有H₂和CO₂氣體．為此設計了下列探究實驗裝置（圖中夾持儀器省略）．

（2）寫出產生CO₂的化學方程式

 

．
（3）裝置A中試劑的作用是

 

，反應的離子方程式

 

．
（4）簡述確認氣體Y中含有CO₂的實驗現象

 

．
（5）如果氣體Y中含有H₂，預計實驗現象應是

 

．
第二組：擬用下列裝置定量分析空氣中SO₂的含量：
（6）KMnO₄溶液中導管末端做成球狀多孔結構的作用是

 

（7）該實驗中已經知道的數據有氣體流速a L/min、酸性KMnO₄溶液的體積b L，其濃度為c mol/L．若從氣體通入到紫色恰好褪去，用時5分鐘．則此次取樣處的空氣中二氧化硫含量為

 

 g/L．

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計,探究物質的組成或測量物質的含量

專題：實驗設計題

分析：（1）①Fe²⁺具有還原性，可與高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應；
②根據反應的方程式SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，利用關系式法解答；
（2）碳能和濃硫酸反應生成二氧化硫、二氧化碳和水；
（3）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水變渾濁，可用酸性高錳酸鉀除去，為避免空氣中水合二氧化碳進入F裝置，G裝置起到可吸收空氣中的水和二氧化碳的作用；
（4）確認氣體Y中含有CO₂，應完全排除二氧化硫的干擾，根據二氧化硫的漂白性解答；
（5）氫氣具有還原性，能還原性，能還原黑色的氧化銅生成紅色的銅單質，同時生成水，水能使無水硫酸銅變藍色；
（6）KMnO₄溶液中導管末端做成球狀多孔結構可以增大氣體與溶液的接觸，使氣體充分被吸收；
（7）通入空氣體積5aL，反應的KMnO₄物質的量為bcmol，根據KMnO₄物質的量運用方程式計算空氣中二氧化硫的物質的量，進而計算空氣中二氧化硫含量．．

解答： 解：（1）①溶液為Fe³⁺和Fe²⁺離子的混合物，加入KSCN溶液和氯水、鐵粉和KSCN溶液、濃氨水都不能檢驗亞鐵離子的存在，亞鐵離子具有還原性，高錳酸鉀溶液呈紫色，具有氧化性，可與亞鐵離子在酸性條件下反應二褪色，故答案為：d；
②SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，
所以硫酸鋇和二氧化硫之間的關系式為SO₂-----BaSO₄，
設二氧化硫的體積為V，
SO₂-----BaSO₄，
22.4L   233g
V      4.66g
V=0.448l=448mL，所以二氧化硫的體積分數=

448mL

672mL

×100%=66.7%，
故答案為：66.7%；
（2）碳素鋼中含有碳，加熱條件下，碳能和濃硫酸反應生成二氧化硫、二氧化碳和水，反應方程式為C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水變渾濁，但二氧化硫具有還原性，可與酸性高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應，反應的離子方程式為5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
故答案為：除去混合氣體中的SO₂；5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（4）確認氣體Y中含有CO₂，應完全排除二氧化硫的干擾，當B中品紅溶液不褪色，C中石灰水變渾濁，可說明含有CO₂，
故答案為：B中品紅溶液不褪色，C中石灰水變渾濁；
（5）氫氣具有還原性，能還原性，能還原黑色的氧化銅生成紅色的銅單質，同時生成水，水能使無水硫酸銅變藍色，這是檢驗水的特征反應，所以如果D中氧化銅變紅，E中無水硫酸銅變藍，則證明含有氫氣，
故答案為：E中黑色固體變紅色，F中無水硫酸銅由白色變藍色；
（6）KMnO₄溶液中導管末端做成球狀多孔結構可以增大氣體與溶液的接觸，使氣體充分被吸收．
故答案為：增大氣體與溶液的接觸，使氣體充分被吸收．
（7）通入空氣體積a L/min×5min=5aL，KMnO₄物質的量為bL×cmol/L=bcmol，
5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=2H₂SO₄+2MnSO₄+K₂SO₄
5        2
n（SO₂） bcmol
所以 n（SO₂）=

5

2

bcmol，質量為

5

2

bcmol×64g/mol=160bcg，
此次取樣處的空氣中二氧化硫含量為

160bcg

5aL

=

32bc

a

g/L．
故答案為：

32bc

a

．

點評：本題考查了濃硫酸的性質、二氧化硫的性質、常見物質的檢驗等知識點，注意常溫下，鐵和冷的濃硫酸不是不反應，而是反應生成了致密的氧化物薄膜而阻止了進一步反應，為易錯點．