Question

6．兩個(gè)化學(xué)興趣小組進(jìn)行了以下探究活動(dòng)：
第一組：為研究鐵質(zhì)材料與熱濃硫酸的反應(yīng)
（l）稱(chēng)取鐵釘（碳素鋼）12.0g放入30.0mL濃硫酸中，加熱，充分反應(yīng)后得到溶液X并收集到氣體Y，
①檢驗(yàn)溶液X中含有SO₄^2-的試劑是HCl、BaCl₂
②乙同學(xué)取896ml（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體Y 通入足量溴水中，充分反應(yīng)后，再滴加足量BaCl₂溶液，經(jīng)適當(dāng)操作后得到干燥固體4.66g．據(jù)此推知?dú)怏wY中據(jù)此推知?dú)怏wY 中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為50%．分析上述實(shí)驗(yàn)中SO₂體積分?jǐn)?shù)的結(jié)果，丙同學(xué)認(rèn)為氣體Y中還可能含量有還可能含有H₂和CO₂氣體．
為此設(shè)計(jì)了如圖1探究實(shí)驗(yàn)裝置（圖中夾持儀器省略）．

（2）寫(xiě)出產(chǎn)生CO₂的化學(xué)方程式C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O
（3）裝置F的作用檢驗(yàn)是否有水蒸氣產(chǎn)生
（4）簡(jiǎn)述氣體Y中含有CO₂的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是B中品紅不褪色，C中澄清石灰水變渾濁
第二組：擬用如圖2裝置定量分析空氣中SO₂的含量：
（5）實(shí)驗(yàn)需要配制KMnO₄溶液，下列操作會(huì)引起所配溶液濃度偏大的是B（填寫(xiě)字母），
A．容量瓶用蒸餾水洗滌后未干燥即用來(lái)配制溶液
B．定容時(shí)，觀察液面俯視刻度線
C．搖勻后，液面低于刻度線，沒(méi)有再加蒸餾水
D．用蒸餾水洗滌燒杯和玻璃棒．并將洗滌液轉(zhuǎn)移入容量瓶中
（6）該實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)知道的數(shù)據(jù)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(shí)5分鐘．則此次取樣處的空氣中二氧化硫含量為$\frac{32bc}{a}$g/L．

Answer 1

分析 （1）碳素鋼放入濃硫酸中，在加熱時(shí)發(fā)生反應(yīng)：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)酸溶液變稀后會(huì)發(fā)生反應(yīng)：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑．反應(yīng)后得到的溶液X中含有硫酸鐵、及過(guò)量的硫酸，氣體Y中含有SO₂、CO₂和水蒸氣．
①先加鹽酸排除干擾離子，再加氯化鋇檢驗(yàn)硫酸根離子；
②將氣體Y 通入足量溴水中，充分反應(yīng)后，再滴加足量BaCl₂溶液，經(jīng)適當(dāng)操作后得到干燥固體4.66g．則n（SO₂）=n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.02mol，氣體的總物質(zhì)的量是n=$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol，以此計(jì)算體積分?jǐn)?shù)；
（2）C與濃硫酸在加熱時(shí)反應(yīng)生成二氧化硫、水、CO₂；
（3）裝置F中盛有無(wú)水硫酸銅，遇水變?yōu)樗{(lán)色；
（4）B中品紅不褪色說(shuō)明SO₂已經(jīng)被除盡，而C中澄清石灰水變渾濁，可證明含有CO₂氣體；
（5）A．容量瓶用蒸餾水洗滌后未干燥即用來(lái)配制溶液，由于不影響溶質(zhì)的物質(zhì)的量和溶液的體積； 
B．定容時(shí)，觀察液面俯視刻度線，則溶液的體積偏�。�
C．搖勻后，液面低于刻度線，沒(méi)有再加蒸餾水，操作合理；
D．用蒸餾水洗滌燒杯和玻璃棒，并將洗滌液轉(zhuǎn)移入容量瓶中，操作正確；
（6）該實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)知道的數(shù)據(jù)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(shí)5分鐘，則氣體的體積是V=5aL，根據(jù)SO₂與KMnO₄反應(yīng)的方程式：2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄可知n（SO₂）=$\frac{5}{2}$n（KMnO₄）=2.5bcmol，以此計(jì)算此次取樣處的空氣中二氧化硫含量．

解答 解：（1）碳素鋼放入濃硫酸中，在加熱時(shí)發(fā)生反應(yīng)：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)酸溶液變稀后會(huì)發(fā)生反應(yīng)：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑．反應(yīng)后得到的溶液X中含有硫酸鐵、及過(guò)量的硫酸，氣體Y中含有SO₂、CO₂和水蒸氣．
①檢驗(yàn)溶液X中含有SO₄^2-的方法是取少量該溶液，向其中加入稀鹽酸，無(wú)現(xiàn)象，然后加入BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀，因此加入的試劑是HCl、BaCl₂，
故答案為：HCl、BaCl₂；
②將氣體Y 通入足量溴水中，充分反應(yīng)后，再滴加足量BaCl₂溶液，經(jīng)適當(dāng)操作后得到干燥固體4.66g．n（SO₂）=n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.02mol，氣體的總物質(zhì)的量是n=$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol，所以其中SO₂的含量是$\frac{0.02mol}{0.04mol}$×100%=50%，故答案為：50%；
（2）C與濃硫酸在加熱時(shí)反應(yīng)產(chǎn)生CO₂的化學(xué)方程式是C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）裝置F中盛有無(wú)水硫酸銅，其作用是檢驗(yàn)是否產(chǎn)生了水蒸氣，故答案為：檢驗(yàn)是否有水蒸氣產(chǎn)生；
（4）氣體Y中含有CO₂的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是B中品紅不褪色說(shuō)明SO₂已經(jīng)被除盡，而C中澄清石灰水變渾濁，證明含有CO₂氣體，
故答案為：B中品紅不褪色，C中澄清石灰水變渾濁；
（5）A．容量瓶用蒸餾水洗滌后未干燥即用來(lái)配制溶液，由于不影響溶質(zhì)的物質(zhì)的量和溶液的體積，所以對(duì)配制的溶液的濃度不產(chǎn)生任何影響，故不選； 
B．定容時(shí)，觀察液面俯視刻度線，則溶液的體積偏小，導(dǎo)致配制的溶液的濃度偏大，故選；
C．搖勻后，液面低于刻度線，沒(méi)有再加蒸餾水，則不會(huì)對(duì)溶液的濃度產(chǎn)生誤差，故不選；
D．用蒸餾水洗滌燒杯和玻璃棒，并將洗滌液轉(zhuǎn)移入容量瓶中，操作正確無(wú)誤，故不選；
故答案為：B；
（6）該實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)知道的數(shù)據(jù)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(shí)5分鐘，則氣體的體積是V=5aL，根據(jù)SO₂與KMnO₄反應(yīng)的方程式：2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄可知n（SO₂）=$\frac{5}{2}$n（KMnO₄）=2.5bcmol，則此次取樣處的空氣中二氧化硫含量為$\frac{2.5bcmol×64g/mol}{5aL}$=$\frac{32bc}{a}$g/L，故答案為：$\frac{32bc}{a}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)及制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、鐵質(zhì)材料與熱濃硫酸的反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、離子的檢驗(yàn)方法、物質(zhì)成分的確定及混合物中組成成分的含量的計(jì)算的知識(shí)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．