Question

7．為研究鐵質材料與熱濃硫酸的反應，某學習小組用碳素鋼（即鐵和碳的合金）進行了以下探究活動：
[探究一]（1）將已去除表面氧化物的鐵釘（碳素鋼）放入冷濃硫酸中，10分鐘后移入硫酸銅溶液中，片刻后取出觀察，鐵釘表面無明顯變化，其原因是鐵釘表面被鈍化．
（2）稱取碳素鋼6.0g放入15.0mL濃硫酸中，加熱，充分反應后得到溶液X并收集到混合氣體Y．
①甲同學認為X中除Fe³⁺之外還可能含有Fe²⁺．若要確認其中的Fe²⁺，應選用D（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560mL（標準狀況）氣體Y通入足量溴水中，發(fā)生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄反應，然后加入足量BaCl₂溶液，經(jīng)適當操作后得干燥固體4.66g．由此推知氣體Y中SO₂的體積分數(shù)為80%．
[探究二]根據(jù)上述實驗中SO₂體積分數(shù)的分析，丙同學認為氣體Y中還可能含有Q₁和Q₂兩種氣體，其中Q₁氣體，在標準狀況下，密度為0.0893g•L^-1．為此設計了下列探究實驗裝置（假設有關氣體完全反應）．

（3）裝置B中試劑的作用是檢驗SO₂是否除盡．
（4）分析Y氣體中的Q₂氣體是如何生成的C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O（用化學方程式表示）．
（5）已知洗氣瓶M中盛裝澄清石灰水，為確認Q₂的存在，需在裝置中添加洗氣瓶M于C（填序號）．
A．A之前       B．A-B間        C．B-C間       D．C-D間
（6）如果氣體Y中含有Q₁，預計實驗現(xiàn)象應是D中固體由黑變紅，E中固體由白變藍．

Answer 1

分析 [探究一]（1）常溫下，鐵和濃硫酸發(fā)生鈍化現(xiàn)象；
（2）①亞鐵離子具有還原性，能被強氧化劑氧化，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；
②根據(jù)SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄知，二氧化硫被氧化生成硫酸，硫酸和氯化鋇反應生成硫酸鋇沉淀，所以4.66g沉淀是BaSO₄，根據(jù)S原子守恒得n（SO₂）=n（BaSO₄），進而計算SO₂的體積分數(shù)；
[探究二]Q₁氣體，在標準狀況下，密度為0.0893g•L^-1．則其摩爾質量為22.4L/mol×0.0893g•L^-1=2g mol/L，故Q₁為氫氣，Q₂氣體為CO₂，因為碳與濃硫酸反應生成二氧化硫與二氧化碳．
二氧化硫會影響二氧化碳的檢驗，故應先除去二氧化硫再檢驗二氧化碳，由裝置圖可知，用酸性高錳酸鉀溶液除去二氧化硫，品紅溶液檢驗二氧化硫是否除盡，洗氣瓶M中盛裝澄清石灰水，為確認CO₂的存在，應在B-C之間，C中堿石灰干燥氣體，D中氫氣與CuO發(fā)生置換反應生成Cu與水，E中無水硫酸銅檢驗生成水，F(xiàn)中堿石灰吸收水蒸氣，防止空氣中水蒸氣加入E中．

解答 解：[探究一]（1）常溫下，鐵和濃硫酸反應生成一層致密的氧化物薄膜而阻止進一步被氧化，該現(xiàn)象為鈍化現(xiàn)象，所以將鐵釘放入濃硫酸片刻無明顯變化的原因是鐵釘表面被鈍化，
故答案為：鐵釘表面被鈍化；
（2）①A．氯水能將亞鐵離子氧化為鐵離子，但溶液中原有的鐵離子和KSCN溶液反應導致溶液呈血紅色，但不能確定原來溶液中一定含有亞鐵離子，故錯誤；
B．鐵粉和鐵離子、酸反應生成亞鐵離子，不能確定原來溶液中是否含有亞鐵離子，故錯誤；
C．．濃氨水和亞鐵離子反應生成氫氧化亞鐵沉淀，氫氧化亞鐵能被氧化生成氫氧化鐵紅褐色沉淀，不能確定溶液中一定含有亞鐵離子，故錯誤；
D．亞鐵離子具有還原性，能被酸性高錳酸鉀溶液氧化而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，所以可以用酸性高錳酸鉀溶液檢驗亞鐵離子，故正確；
故選：D；　
②根據(jù)SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄知，二氧化硫被氧化生成硫酸，硫酸和氯化鋇反應生成硫酸鋇沉淀，所以4.66g沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.02mol，根據(jù)S原子守恒得根據(jù)S原子守恒得n（SO₂）=n（BaSO₄）=0.02mol，標況下二氧化硫體積=0.02mol×22.4L/mol=0.448L=448mL，二氧化硫體積分數(shù)=$\frac{448mL}{560mL}$=680%，
故答案為：80%；
[探究二]Q₁氣體，在標準狀況下，密度為0.0893g•L^-1．則其摩爾質量為22.4L/mol×0.0893g•L^-1=2g mol/L，故Q₁為氫氣，Q₂氣體為CO₂，因為碳與濃硫酸反應生成二氧化硫與二氧化碳．
二氧化硫會影響二氧化碳的檢驗，故應先除去二氧化硫再檢驗二氧化碳，由裝置圖可知，用酸性高錳酸鉀溶液除去二氧化硫，品紅溶液檢驗二氧化硫是否除盡，洗氣瓶M中盛裝澄清石灰水，為確認CO₂的存在，應在B-C之間，C中堿石灰干燥氣體，D中氫氣與CuO發(fā)生置換反應生成Cu與水，E中無水硫酸銅檢驗生成水，F(xiàn)中堿石灰吸收水蒸氣，防止空氣中水蒸氣加入E中．
（3）品紅溶液能的作用是檢驗SO₂是否除盡，故答案為：檢驗SO₂是否除盡；
（4）生成二氧化碳的方程式為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水變渾濁，所以應該在排除二氧化硫條件下將氣體通入澄清石灰水中檢驗二氧化碳，故選：C；
（6）氫氣具有還原性，在加熱條件下，能將黑色的CuO還原為紅色的Cu，且生成水，水能使無水硫酸銅變藍色，所以如果Y中含有氫氣，預計實驗現(xiàn)象是D中固體由黑變紅，E中固體由白變藍，
故答案為：D中固體由黑變紅，E中固體由白變藍．

點評 本題考查探究物質組成及性質實驗方案設計與評價，題目難度中等，明確實驗原理及每個裝置可能發(fā)生的反應及其作用為解答關鍵，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．