Question

某同學設計下圖裝置進行鐵和濃H₂SO₄反應的實驗探究，請回答下列問題．

（1）將16克鐵粉放入燒瓶中，由分液漏斗放入20mL 18mol/L的濃H₂SO₄，結果沒有任何反應現象，原因是

鐵在冷的濃硫酸中鈍化

．隨后點燃A處酒精燈，就有氣體產生了．
（2）隨著反應的進行，B中酸性KMnO₄溶液顏色逐漸變淺（產物中有Mn²⁺），請用離子方程式表示：

2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺

，C中品紅溶液顏色始終沒有變化．
（3）當G處有持續(xù)穩(wěn)定的氣泡時，再點燃E處酒精燈，這樣操作的原因是

待反應產生的H₂將裝置中的空氣排盡再加熱，防止H₂與空氣混合加熱爆炸

．
（4）反應一段時間后，E、F處可觀察到明顯的現象，F處的實驗現象

白色粉末變?yōu)樗{色

．
（5）為了確保實驗的嚴謹性和F中現象的可信性，通常在F裝置后再接一個裝置G，則G中盛放的液體可以是

CD

A．CaCl₂溶液          B．Ca（OH）₂溶液      C．濃硫酸     D．CCl₄
（6）將a mol Fe與含b mol H₂SO₄的濃硫酸共熱，假設按本題的過程進行反應，如果Fe與H₂SO₄均恰好完全反應，則生成的有
氣體1是

H₂

，其物質的量為

（2a-b）

mol，
氣體2是

SO₂

，其物質的量為

（b-a）

mol．

Answer 1

分析：（1）常溫下，鐵在濃硫酸中 發(fā)生鈍化現象，阻止反應進行；加熱條件下會發(fā)生氧化還原反應；
（2）B中酸性KMnO₄溶液顏色逐漸變淺的原因是生成的二氧化硫氣體被高錳酸鉀溶液氧化，高錳酸鉀被還原為錳離子，溶液顏色變淺；C中品紅溶液顏色始終沒有變化說明B裝置把二氧化硫全部吸收；
（3）濃硫酸隨著反應進行濃度變稀后和鐵反應生成氫氣，氫氣和空氣混合點燃或加熱時易發(fā)生爆炸，應先使氫氣充滿容器后再加入和氧化銅反應，便于觀察現象；
（4）E處氫氣還原氧化銅生成水和銅，現象由黑色變?yōu)榧t色，F處白色硫酸銅遇水邊藍色；
（5）F裝置后再接一個裝置G的目的是防止空氣中的水蒸氣進入干燥管干擾檢驗；所以G裝置起到能吸收空氣中的水蒸氣或與空氣隔離開；
（6）依據鐵和濃硫酸反應，鐵和稀硫酸反應的化學方程式計算得到生成的氫氣和二氧化硫氣體的物質的量；

解答：解：（1）常溫下，鐵在濃硫酸中 發(fā)生鈍化現象，在表面形成致密的氧化物薄膜阻止反應進行；加熱條件下會發(fā)生氧化還原反應；故答案為：鐵在冷的濃硫酸中鈍化；
（2）隨著反應的進行，B中酸性KMnO₄溶液顏色逐漸變淺（產物中有Mn²⁺），是生成的二氧化硫氣體被高錳酸鉀溶液氧化，高錳酸鉀被還原為錳離子，反應離子方程式表示：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
（3）G處有持續(xù)穩(wěn)定的氣泡時，再點燃E處酒精燈，濃硫酸隨著反應進行濃度變稀后和鐵反應生成氫氣，氫氣和空氣混合點燃或加熱時易發(fā)生爆炸，應先使氫氣充滿容器后再加入和氧化銅反應，這樣操作的原因是：待反應產生的H₂將裝置中的空氣排盡再加熱，防止H₂與空氣混合加熱爆炸；
故答案為：待反應產生的H₂將裝置中的空氣排盡再加熱，防止H₂與空氣混合加熱爆炸；
（4）F裝置處是檢驗氫氣還原氧化銅生成的水蒸氣的存在，裝置中的實驗現象為：白色硫酸銅遇到水變藍色，故答案：白色粉末變?yōu)樗{色；
（5）在F裝置后再接一個裝置G，目的是防止空氣中的水蒸氣進入F中干擾檢驗生成的水蒸氣的存在，G裝置起到能吸收空氣中的水蒸氣或與空氣隔離開；
A、CaCl₂溶液不能起到阻止水蒸氣進入F，故A錯誤；
B、Ca（OH）₂溶液不能起到阻止水蒸氣進入F，故B錯誤；
C、濃硫酸能吸收水蒸氣，能起到阻止水蒸氣進入F，故C錯誤；
D、CCl₄不溶于水，能能起到阻止水蒸氣進入F，故D錯誤；
故選CD．
（6）將a mol Fe與含b mol H₂SO₄的濃硫酸共熱過程中，鐵和濃硫酸加熱反應，生成硫酸鐵、二氧化硫和水，鐵和硫酸鐵反應生成硫酸亞鐵，濃硫酸隨著反應進行濃度減小，變稀后和鐵發(fā)生置換反應生成氫氣，發(fā)生的反應為：Fe+2H₂SO₄（濃）

△   .

FeSO₄+SO₂↑+2H₂O；Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑；設生成氫氣物質的量為X，生成二氧化硫物質的量為Y，依據元素守恒和化學方程式計算得到：X+Y=a；X+2Y=b；解得到：X=（2a-b）mol；Y=（b-a）mol  
故答案為：
氣體H₂：n（H₂）=（2a-b）mol  
氣體SO₂：n（SO₂）=（b-a）mol

點評：本題考查了濃硫酸的性質應用，主要是反應產物的實驗驗證方案設計和現象分析，濃硫酸變稀后的反應中三價鐵離子氧化性大于氫離子是金屬關鍵，題目難度中等．