Question

12．工業(yè)上常用鐵質容器盛裝冷濃硫酸．為研究鐵質材料與熱濃硫酸的反應，某學習小組進行以下探究活動：
【探究一】
（1）將已除去表面氧化物的鐵釘（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）另取鐵釘放入一定量濃硫酸中加熱，充分反應后得到溶液X并收集到干燥氣體Y．
①甲同學認為X中可能含有Fe³⁺和Fe²⁺．若要確認其中的Fe²⁺，應選用b（填序號）．
a．KSCN溶液    b．鐵氰化鉀溶液    c．鹽酸
②乙同學取448mL（標準狀況）氣體Y通入足量溴水中，發(fā)生反應的離子方程式為SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，充分反應后，加入足量BaCI₂溶液，經適當操作后得干燥固體2.33g．可推知氣體Y中SO₂的體積分數為50%．
【探究二】
據探究一所測SO₂的體積分數，丙同學認為氣體Y中可能還含有CO₂和Q氣體，因此設計了下列實驗裝置（圖中夾持儀器省略，實驗前已將裝置中空氣排盡）進一步探究．
（3）裝置A中的現(xiàn)象是溶液顏色變淺，其作用是除去二氧化硫并檢驗二氧化硫是否除盡．

（4）為判斷CO₂是否存在，需將裝置M添加在b．   （填序號）；
a．A之前    b．A～B之間    c．B-C之間    d．C～D之間
若存在CO₂，則產生CO₂氣體的反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為2：1．
（5）若C中固體變紅，D中固體變藍，則Q是H₂（填化學式），產生該氣體的原因是隨著反應的進行，濃硫酸變稀，鐵與稀硫酸反應生成氫氣．
（6）若某氣體可能由CO₂、SO₂、H₂中的一種或多種組成，經測定其中氧的質量分數為50%，則該氣體的組成可能為ace（填序號）．
a．SO₂    b．H₂、SO₂   c．H₂、CO₂    d．CO₂、SO₂    e．  CO₂、SO₂、H₂．

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可用鐵氰化鉀溶液檢驗亞鐵離子；
②根據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2.33g沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，根據S原子守恒得n（BaSO₄）=n（S）=n（SO₂）=0.01mol，標況下二氧化硫體積=0.01mol×22.4L/mol=224mL；
【探究二】裝置圖分析可知，氣體通過高錳酸鉀溶液除去二氧化硫，裝置B裝置干燥氣體并吸收二氧化碳、二氧化硫，C裝置是還原氧化銅生成銅，D是檢驗生成的水蒸氣，E防止空氣中水蒸氣進入干擾檢驗，以此解答該題．

解答 解：（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．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．用鐵氰化鉀溶液與亞鐵離子反應生成沉淀，可檢驗，故正確；
c．鹽酸與亞鐵離子、鐵離子都不反應，故錯誤；
故選b；　  
②根據SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄知，二氧化硫被氧化生成硫酸，離子方程式為SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，硫酸和氯化鋇反應生成硫酸鋇沉淀，所以2.33g沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，根據S原子守恒得n（BaSO₄）=n（S）=n（SO₂）=0.01mol，標況下二氧化硫體積=0.01mol×22.4L/mol=224mL，二氧化硫體積分數=$\frac{224mL}{448mL}×100%$=50%，
故答案為：SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；50%；
【探究二】裝置圖分析可知，氣體通過高錳酸鉀溶液除去二氧化硫，裝置B裝置干燥氣體并吸收二氧化碳、二氧化硫，C裝置是還原氧化銅生成銅，D是檢驗生成的水蒸氣，E防止空氣中水蒸氣進入干擾檢驗，
（3）二氧化硫具有還原性，可與高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應而被除去，可觀察到A中溶液顏色變淺，
故答案為：溶液顏色變淺；除去二氧化硫并檢驗二氧化硫是否除盡；
（4）為檢驗二氧化碳，可在用堿石灰除雜之前用澄清石灰水檢驗，則M應放在A～B之間，生成二氧化碳的反應為反應方程式為C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O，有方程式可知反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為2：1，
故答案為：b；2：1；
（5）若C中固體變紅，D中固體變藍，說明生成水，則Q是H₂，產生氫氣的原因是隨著反應的進行，濃硫酸變稀，鐵與稀硫酸反應生成氫氣，
故答案為：H₂；隨著反應的進行，濃硫酸變稀，鐵與稀硫酸反應生成氫氣；
（6）①現(xiàn)測知該氣體中含氧質量分數為50%，而SO₂中氧元素的質量分數正好為：50%，所以該氣體有可能是純凈物SO₂
②CO₂中氧元素的質量分數為72.7%比50%大，但如果和一定量的H₂混合，總的氧元素的質量分數就會比72.7%小，可能達到50%，所以該氣體有可能是CO₂和H₂的混合物；
③還有可能是三者的混合物，因為SO₂中氧元素的質量分數正好為：50%，與該氣體中氧元素的質量分數相同，對總的含氧量不影響；而CO₂和H₂混合，氧元素的質量分數比72.7%小，可能達到50%，所以該氣體有可能是SO₂、H₂、CO₂的混合物；
④如果是SO₂和H₂混合；或單獨是H₂，氧元素的質量分數就會比50%�。蝗绻�是SO₂和CO₂混合；或單獨是CO₂氧元素的質量分數比72.7%大，所以都不符合，則有三種情況：①SO_2：②CO₂和H₂的混合物；③SO₂、H₂、CO₂的混合物滿足，即選項ace正確，
故答案為：ace．

點評 本題考查以鐵和濃硫酸反應為載體考查性質實驗方案設計，側重考查實驗操作、物質檢驗、離子檢驗等知識點，明確實驗原理及各個裝置作用是解本題關鍵，注意二氧化硫、二氧化碳、水蒸氣檢驗先后順序，要排除外界因素的干擾，題目難度中等．