Question

19．回答以下問題：
（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，其原因是鐵表面被鈍化．
（2）另稱取已去除表面氧化物的鐵釘（碳素鋼）6.0g放入15.0ml濃硫酸中，加熱，充分應后得到溶液X并收集到氣體Y．
①甲同學認為X中除Fe³⁺外還可能含有Fe²⁺．寫出生成Fe²⁺所有可能的離子方程式：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
②乙同學取336ml（標準狀況）氣體Y通入足量氯水中，發(fā)生反應的化學方程式為：SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄．
然后加入足量BaCl₂溶液，經(jīng)適當操作后得干燥固體2.33g．由于此推知氣體Y中SO₂的體積分數(shù)為66.7%．
（3）向100ml水中投入Na和Al共16克，充分反應后剩余金屬1g．計算放出H₂的體積為13.44升（標準狀況下）
（4）向含有0.3mol NaAlO₂的溶液中滴加1mol/L HCl，當生成7.8克沉淀時，加入鹽酸的體積為100或900mL
（5）向一定量的Fe、Fe₂O₃和CuO混合物投入120ml 2.2mol/L的硫酸溶液中，充分反應后生成896mL標準狀況下的氣體，得不溶物1.28g，過濾后，向濾液中加入2mol/L的NaOH溶液，加至40mL時開始出現(xiàn)沉淀，則濾液中FeSO₄的物質的量濃度為（設濾液體積為120ml）1.87mol/L．

Answer 1

分析 （1）鐵釘（碳素鋼）放入冷濃硫酸中，濃硫酸有較強的氧化性能使鐵釘鈍化；
（2）①在加熱條件下，濃硫酸與Fe反應生成Fe³⁺，當溶液濃度減小時，硫酸氧化性減弱，生成Fe²⁺；實驗室在檢驗Fe²⁺時，可利用+2價亞鐵離子能使酸化的高錳酸鉀褪色來檢驗；
②生成的SO₂具有還原性，通入足量溴水中，發(fā)生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，利用硫元素的守恒，結合關系式：SO₂→BaSO₄求出SO₂的體積分數(shù)；
（3）Al和水不反應，所以剩余金屬應該是Al，根據(jù)Na和Al之間的關系式及轉移電子守恒計算；
（4）n（Al（OH）₃）=$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol＜0.3mol，所以有兩種情況：一種是鋁元素存在于偏鋁酸鈉和氫氧化鋁中，一種情況是鋁元素存在于氯化鋁和氫氧化鋁中，根據(jù)物質之間的關系式計算；
（5）固體混合物和稀硫酸反應后有固體剩余，說明溶液中不存在鐵離子，向濾液中加入加入2mol/L的NaOH溶液，加至40mL時開始出現(xiàn)沉淀，說明硫酸有剩余，鐵先和銅離子后和氫離子發(fā)生置換反應，所以濾液中的溶質是硫酸、硫酸亞鐵，根據(jù)硫酸根離子守恒計算硫酸亞鐵的物質的量濃度．

解答 解：（1）鐵釘（碳素鋼）放入冷濃硫酸中，濃硫酸有較強的氧化性能使鐵釘鈍化阻止反應進一步進行，
故答案為：鐵表面被鈍化；
（2）①在加熱條件下，濃硫酸與Fe反應生成Fe³⁺，當溶液濃度減小時，硫酸氧化性減弱，生成Fe²⁺，反應的離子方程式為Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，如硫酸完全消耗，且鐵過量時，還會發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
②SO₂具有還原性，通入足量溴水中，發(fā)生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，
n（混合氣體）=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，
SO₂→BaSO₄
1mol   233g
n      2.33g
n=0.01mol
則 SO₂的體積分數(shù)：$\frac{0.01}{0.015}$=66.7%，
故答案為：SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄；66.7%；
（3）Al和水不反應，所以剩余金屬應該是Al，反應方程式為2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，可以得出關系式Na～NaOH～Al，則參與反應的Na和Al的質量之比為23：27，Na和Al的質量和為15g，所以n（Na）=$\frac{\frac{23}{23+27}×15g}{23g/mol}$=0.3mol，n（Al）=$\frac{15g×\frac{27}{23+27}}{27g/mol}$=0.3mol，根據(jù)Na、Al和氫氣之間的關系式得氫氣體積=（0.3mol×0.5+0.3mol×1.5）×22.4L/mol=13.44L，
故答案為：13.44；
（4）n（Al（OH）₃）=$\frac{7.8g}{78g/mol}$=0.1mol＜0.3mol，一種情況是：鋁元素存在于偏鋁酸鈉和氫氧化鋁中，
此時鹽酸少量，只能沉淀一部分AlO₂^-，根據(jù)NaAlO₂+HCl+H₂O=Al（OH）₃↓+NaCl得，n（HCl）=n（Al（OH）₃）=0.1mol，則鹽酸體積=$\frac{0.1mol}{1mol/L}$=100mL；
另一種情況是鋁元素存在于氯化鋁和氫氧化鋁中，此時鹽酸較多，先把AlO₂^-全部沉淀，后又將部分沉淀溶解，生成氫氧化鋁需要n（HCl）=n（NaAlO₂）=n（Al（OH）₃）=0.3mol，溶解Al（OH）₃生成氯化鋁需要鹽酸的n（HCl）=3n（AlCl₃）=3×（0.3-0.1）mol=0.6mol，所以需要鹽酸體積=$\frac{0.3mol+0.6mol}{1mol/L}$=900mL，
故答案為：100或900；
（5）固體混合物和稀硫酸反應后有固體剩余，說明溶液中不存在鐵離子，向濾液中加入加入2mol/L的NaOH溶液，加至40mL時開始出現(xiàn)沉淀，說明硫酸有剩余，鐵先和銅離子后和氫離子發(fā)生置換反應，所以濾液中的溶質是硫酸、硫酸亞鐵，n（H₂SO₄）=2.2mol/L×0.12L=0.264mol，
與氫氧化鈉反應的硫酸的物質的量為：$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×2mol/L×0.04L=0.04mol，
剩余的硫酸的物質的量=0.264mol-0.04mol=0.224mol，
剩余硫酸與固體反應生成了硫酸亞鐵，根據(jù)硫酸和硫酸亞鐵的關系式計算硫酸亞鐵的物質的量濃度=$\frac{0.224mol}{0.12L}$=1.87mol/L，
故答案為：1.87．

點評 本題考查了有關混合物反應的計算，題目難度中等，明確各物理量之間的關系是解本題的關鍵，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析能力及化學計算能力．