Question

某研究性學(xué)習(xí)小組為研究鐵粉與濃硫酸反應(yīng)所生成氣體的成份并測(cè)定各氣體的含量，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：
實(shí)驗(yàn)推測(cè)】足量的鐵粉與濃硫酸反應(yīng)能生成SO₂和H₂兩種氣體．
（1）該小組作出此推測(cè)的理由是：

 

．
【實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備】a．供選擇的藥品：鐵粉、濃硫酸、氧化銅粉末、0.2mol/L的H₂C₂O₄標(biāo)準(zhǔn)溶液、0.1mol/L的酸性KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液、酸堿指示劑．
b．實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)及組裝（加熱及夾持裝置均已略去）

【實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)處理】
（2）B中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：

 

．
（3）實(shí)驗(yàn)前先通入一段時(shí)間的N₂，其目的是

 

．
（4）B、C、D中所盛試劑均足量，則證實(shí)生成的氣體中同時(shí)存在SO₂和H₂的現(xiàn)象是

 

 

．
（5）A中反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通N₂使A中生成的氣體全部趕出，待B、D中反應(yīng)完全后，先后三次取用B中反應(yīng)后的溶液于錐形瓶中，每次取用25mL，用H₂C₂O₄標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定．
①H₂C₂O₄標(biāo)準(zhǔn)溶液與酸性KMnO₄溶液反應(yīng)的離子方程式如下，請(qǐng)將該方程式完成并配平．

 

H₂C₂O₄+

 

MnO₄^-+

 

H⁺=

 

Mn²⁺+

 

 H₂O+

 

②滴定達(dá)到終點(diǎn)時(shí)的現(xiàn)象是

 

．
③重復(fù)滴定兩次，平均每次耗用H₂C₂O₄標(biāo)準(zhǔn)溶液15.63mL，則鐵與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的SO₂氣體
的物質(zhì)的量為

 

；經(jīng)稱量，實(shí)驗(yàn)前后裝置D的質(zhì)量減少0.8g，則產(chǎn)生的氣體中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)加熱時(shí)鐵與濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫，濃硫酸變成稀硫酸，鐵與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣；
（2）二氧化硫具有還原性，能夠與酸性高錳酸鉀溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（3）通入氮?dú)饪梢詫⒀b置中的空氣排出，避免氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生爆炸；
（4）根據(jù)裝置B中酸性高錳酸鉀溶液溶液顏色變淺證明含有二氧化硫，根據(jù)裝置D中黑色的氧化銅變成紅色證明混合氣體中含有氫氣；
（5）①根據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)升降相等配平該反應(yīng)的離子方程式；
②根據(jù)滴定前溶液為紫紅色，滴定結(jié)束時(shí)溶液紫紅色褪去判斷滴定終點(diǎn)；
③根據(jù)滴定數(shù)據(jù)計(jì)算出二氧化硫消耗的高錳酸根離子的物質(zhì)的量，再根據(jù)反應(yīng)方程式計(jì)算出二氧化硫的物質(zhì)的量；根據(jù)裝置D減少的質(zhì)量為O元素計(jì)算出混合氣體中氫氣的物質(zhì)的量，再計(jì)算出二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)．

解答：解：（1）由于在加熱的條件下濃硫酸與Fe反應(yīng)生成SO₂，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸濃度變稀，稀硫酸與Fe反應(yīng)生成H₂，
故答案為：在加熱的條件下濃硫酸與Fe反應(yīng)生成SO₂，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸濃度變稀，與Fe反應(yīng)生成H₂；
（2）二氧化硫與酸性高錳酸鉀溶液溶液反應(yīng)的離子方程式為：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
故答案為：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（3）氫氣能夠與氧氣反應(yīng)發(fā)生爆炸，所以反應(yīng)前需要排除裝置中的空氣，防止H₂與空氣混合受熱發(fā)生爆炸，
故答案為：排除裝置中的空氣，防止H₂與空氣混合受熱發(fā)生爆炸；
（4）二氧化硫具有還原性，能夠與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)，若裝置B中酸性高錳酸鉀溶液紫紅色變淺說(shuō)明生成了SO₂，氫氣具有還原性，能夠使黑色的氧化銅還原成紅色的銅，所以D中黑色粉末變紅說(shuō)明生成了H₂ ，
故答案為：B瓶中溶液紫紅色變淺說(shuō)明生成了SO₂；裝置D中黑色粉末變紅說(shuō)明生成了H₂ ；
（5）①H₂C₂O₄+MnO₄^-+H⁺-Mn²⁺+H₂O+，高錳酸根離子中Mn元素化合價(jià)由+7變?yōu)?2，化合價(jià)降低了5價(jià)，反應(yīng)中高錳酸根離子被還原，則草酸中的C在反應(yīng)中被氧化，草酸中C的化合價(jià)為+3價(jià)，只能被氧化成二氧化碳?xì)怏w，所以未知物為二氧化碳，草酸被氧化成二氧化碳，化合價(jià)升高至少升高（4-3）×2=2價(jià)，化合價(jià)變化的最小公倍數(shù)為10，則高錳酸根離子化學(xué)計(jì)量數(shù)為2，草酸的計(jì)量數(shù)為5，然后利用電荷守恒及觀察法配平其它物質(zhì)，配平后的反應(yīng)方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+10CO₂，
故答案為：5；2；6；2；8；10CO₂；
②滴定結(jié)束前溶液為紫紅色，滴定結(jié)束后溶液紫紅色褪去，所以滴定終點(diǎn)現(xiàn)象為：滴入最后一滴H₂C₂O₄溶液時(shí)KMnO₄溶液的紫紅色褪去且半分鐘之內(nèi)不恢復(fù)，
故答案為：滴入最后一滴H₂C₂O₄溶液時(shí)KMnO₄溶液的紫紅色褪去且半分鐘之內(nèi)不恢復(fù)；
③草酸的物質(zhì)的量為：0.2mol/L×0.01563L=0.003126mol，根據(jù)反應(yīng)5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+10CO₂，草酸消耗的高錳酸根離子的物質(zhì)的量為：0.003216mol×

2

5

≈0.00125mol，25mL反應(yīng)后的溶液中高錳酸根離子減少的物質(zhì)的量為：0.1mol/L×0.0025L-0.0125mol=0.00125mol，則二氧化硫總的消耗的高錳酸根離子的物質(zhì)的量為：0.00125mol×

200mL

25mL

=0.01mol，根據(jù)反應(yīng)5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，反應(yīng)生成的二氧化硫的物質(zhì)的量為：0.01mol×

5

2

=0.025mol；
裝置D的質(zhì)量減少0.8g，氧化鐵與氫氣反應(yīng)，減少的質(zhì)量為O的質(zhì)量，與氫氣反應(yīng)的O的物質(zhì)的量為：

0.8g

16g/mol

=0.05mol，根據(jù)反應(yīng)的關(guān)系式CuO～H₂可知，氫氣的物質(zhì)的量也為0.05mol，所以混合氣體中二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為：

0.025mol

0.025mol+0.05mol

×100%=33.3%，
故答案為：0.025 mol；33.3%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查濃硫酸的性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)的配平、中和滴定及化學(xué)計(jì)算，題目難度較大，注意掌握濃硫酸與銅、鐵在加熱條件下反應(yīng)原理，能夠根據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)升降相等配平方程式，（5）為難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)，注意明確反應(yīng)原理及計(jì)算方法．