Question

18．工業(yè)上常用鐵質(zhì)容器盛裝冷濃硫酸．某興趣小組的同學(xué)發(fā)現(xiàn)：將一定量的鐵釘與濃硫酸加熱時，觀察到鐵釘完全溶解，并產(chǎn)生大量氣體．實驗室現(xiàn)有下列試劑：0.01mol/L 酸性KMnO₄溶液、0.10mol/L KI溶液、新制氯水、淀粉溶液、蒸餾水．請你協(xié)助他們探究所得溶液和氣體的成分．
【提出猜想】
Ⅰ．所得溶液中的金屬離子可能含有Fe²⁺和Fe³⁺中的一種或兩種；
Ⅱ．所得氣體中肯定含有SO₂氣體．
【實驗探究】

	實驗操作	預(yù)期現(xiàn)象	結(jié) 論
驗證猜想Ⅰ	步驟①：取少量0.01mol/L 酸性KMnO4溶液，滴入所得溶液中	溶液紫紅色褪去	含有Fe2+
	步驟②：另取少量所得溶液，滴加KI溶液和淀粉溶液	溶液變?yōu)樗{(lán)色	含有Fe3+
驗證猜想Ⅱ	將所得氣體通入如下裝置	甲中KMnO4溶液褪色，乙中KMnO4溶液顏色不變，試管中收集到氣體	含有兩種或以上氣體

【問題討論】
（1）有同學(xué)提出：若另外選用KSCN溶液，則僅利用KSCN和新制氯水兩種溶液即可完成猜想Ⅰ的所有探究，試問是否可行不正確（填：“正確”或“不正確”）并說明原因若溶液中含有Fe³⁺則無法檢驗溶液中是否含有Fe²⁺

（2）有同學(xué)提出：試管中氣體可能是H₂和Q氣體，為此重新設(shè)計了實驗裝置如圖1（圖中夾持儀器省略）．
①認(rèn)為含有Q的理由是C+2H₂SO₄（濃硫酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O（用化學(xué)方程式表示）．
②為確認(rèn)Q的存在，則M中盛放的試劑為澄清的石灰水，并將裝置M添加于C（選填序號）．
a．A之前      b．A-B間       c．B-C間       d．C-D間
③裝置圖2中D、E、F組合的作用是確認(rèn)是否有H₂．

Answer 1

分析 【提出猜想】濃硫酸和鐵反應(yīng)生成二氧化硫，稀硫酸和鐵反應(yīng)生成氫氣，據(jù)此進(jìn)行猜想；
【實驗探究】
驗證猜想Ⅰ、根據(jù)二價鐵離子和三價鐵離子的性質(zhì)選擇試劑，并根據(jù)反應(yīng)物和生成物預(yù)測現(xiàn)象，由此得出結(jié)論；
驗證猜想Ⅱ、根據(jù)氫氣和二氧化硫的性質(zhì)選擇試劑，并預(yù)測現(xiàn)象，由現(xiàn)象得出結(jié)論；
【問題討論】
（1）根據(jù)雙氧水和二價鐵離子、三價鐵離子的性質(zhì)判斷正誤；
（2）①有同學(xué)提出：試管中氣體可能是H₂和Q氣體，為此重新設(shè)計了實驗裝置如下圖（圖中夾持儀器省略）；
②根據(jù)二氧化硫和二氧化碳的性質(zhì)分析選擇位置；
③根據(jù)氫氣的性質(zhì)分析，氫氣具有還原性，能還原黑色的氧化銅而生成水，水能使白色的無水硫酸銅變藍(lán)．

解答 解：【提出猜想】濃硫酸和鐵反應(yīng)生成二氧化硫，所以所得氣體中肯定含有SO₂，
故答案為：SO₂；
【實驗探究】
驗證猜想Ⅰ、酸性高錳酸鉀有強(qiáng)氧化性，二價鐵離子有還原性，所以酸性高錳酸鉀能和二價鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，如果步驟①溶液紫紅色褪去，說明含有二價鐵離子，否則沒有．
碘化鉀有還原性，三價鐵離子有氧化性，碘離子和三價鐵離子能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成單質(zhì)碘，碘遇淀粉變藍(lán)色，所以步驟②另取少量所得溶液，滴加KI溶液和淀粉溶液，如果溶液變?yōu)樗{(lán)色，說明含有三價鐵離子，否則沒有，
故答案為：溶液紫紅色褪去；含有Fe²⁺；另取少量所得溶液，滴加KI溶液和淀粉溶液；溶液變?yōu)樗{(lán)色；
猜想Ⅱ、二氧化硫有還原性，能和強(qiáng)氧化性的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，如能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，氫氣不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，但氫氣不易溶于水，所以如果甲中KMnO₄溶液褪色，說明含有二氧化硫；乙中KMnO₄溶液顏色不變，說明二氧化硫完全被吸收，如果試管中收集氣體，只能是氫氣，
故答案為：甲中KMnO₄溶液褪色，乙中KMnO₄溶液顏色不變，試管中收集到氣體；
【問題討論】
（1）雙氧水具有氧化性，二價鐵離子有還原性，雙氧水和二價鐵離子能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成三價鐵離子，KSCN只能檢驗三價鐵離子不能檢驗二價鐵離子，所以若溶液中含有Fe³⁺則無法檢驗溶液中是否含有Fe²⁺，所以該觀點不正確，
故答案為：不正確，若溶液中含有Fe³⁺則無法檢驗溶液中是否含有Fe²⁺；
（2）①在加熱時，鐵釘中不僅鐵和濃硫酸反應(yīng)，碳也和濃硫酸反應(yīng)生成生成二氧化硫、二氧化碳和水，反應(yīng)方程式為C+2H₂SO₄（濃硫酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O，故答案為：C+2H₂SO₄（濃硫酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O；
②Q為二氧化碳，二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水變渾濁，選擇a或b受二氧化硫的影響無法判斷二氧化碳的存在，選d時二氧化碳被堿石灰吸收，
故答案為：澄清的石灰水；C；
③根據(jù)氫氣的性質(zhì)分析，氫氣具有還原性，能還原黑色的氧化銅而生成水，水能使白色的無水硫酸銅變藍(lán)，
故答案為：確認(rèn)是否有H₂．

點評 本題考查了濃硫酸、二氧化硫的性質(zhì)及亞鐵離子、鐵離子的檢驗等知識點，難度較大．