Question

19．某鐵質容器材料為碳素鋼，可盛裝冷濃硫酸．為研究該材料與熱濃硫酸的反應，某學習小組進行了以下實驗：
取5.60g該材料放入15.0mL濃硫酸中加熱，充分反應后得到溶液X并收集到氣體Y．
（1）為分析溶液中的成分，甲組通過實確定X中一定含Fe³⁺，但還可能有Fe²⁺，為確定是否含有Fe²⁺，可另取溶液加入BD（填序號）
A．KSCN溶液和氯水  B．K₃[Fe（CN）₆]溶液   C．NaOH溶液  D．酸性KMnO₄ 溶液
（2）為分析氣體中的成分，乙組將560mL （標準狀況）氣體Y通入足量溴水，然后向該溶液中加入足量BaCl₂ 溶液，經適當操作后得干燥固體2.33g．由此推知氣體Y中SO₂的體積分數為40.0%
（3）提出猜想：乙組根據上述SO₂體積分數，分析Y中還可能有其它氣體，并作如下猜想：
猜想一：其它氣體中只有H₂；猜想二：Y氣體中可能含有CO₂；猜想三：Y氣體中可能含有H₂和CO₂
（4）驗證猜想：設計用下圖裝置進行探究 （部分裝置可重復使用，夾持儀器省略）

①實驗裝置連接順序為ABCFEDF
②裝置B中試劑作用為檢驗SO₂是否除盡
③若猜想一成立，預測實驗現象為（石灰水不渾濁）D中固體由白色變藍色、E中固體由黑色變紅色．

Answer 1

分析 （1）實驗：①亞鐵離子具有還原性，高錳酸鉀溶液呈紫色，具有氧化性，可與亞鐵離子在酸性條件下反應，據此可以具有亞鐵離子；
（2）依據二氧化硫被溴單質氧化生成硫酸，硫元素守恒，加入氯化鋇溶液產生沉淀硫酸鋇，計算沉淀物質的量得到硫元素物質的量，計算得到二氧化硫的體積分數；
【提出猜想】：（3）用于濃硫酸能夠與碳單質反應，所以混合氣體中可能含有二氧化碳；濃硫酸變成稀硫酸，稀硫酸與鐵反應生成氫氣，據此完成假設；
（4）①驗證氣體存在的順序為：SO₂→CO₂→CO和H₂被氧化→H₂O→CO₂，實驗中要避免其它物質的性質干擾；
②檢驗CO₂氣體的存在應先除去SO₂氣體并檢驗是否除盡；
③含有H₂，與CuO在加熱條件下反應生成銅和水，以此來判斷反應現象．

解答 解：（1）實驗：①亞鐵離子能使酸化的高錳酸鉀褪色，溶液中已經有Fe³⁺，選擇A會造成干擾，選項B能檢驗溶液中含有+2價鐵離子，C選項會造成兩種沉淀，受氫氧化鐵顏色的影響無法辨別，D選項酸性KMnO₄ 溶液遇到亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應高錳酸鉀溶液褪色，可以檢驗亞鐵離子存在的試劑，
只能選BD，
故答案為：BD；
（2）依據二氧化硫被溴單質氧化生成硫酸，硫元素守恒，SO₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，n（BaSO₄）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol
SO₂～BaSO₄
1       1
0.01mol 0.01mol
計算得到二氧化硫的體積分數=$\frac{0.01mol×22.4L/mol}{0.56L}$×100%=40.0%，
故答案為：40.0%；
【提出猜想】（3）碳素鋼中含有碳元素，碳能夠與濃硫酸在加熱條件下反應生成二氧化碳，所以混合氣體中可能含有二氧化碳氣體；鐵和濃硫酸反應生成二氧化硫，隨反應進行硫酸濃度減小變?yōu)橄×蛩岷箬F和稀硫酸反應生成氫氣，所以可能情況有如下三種：猜想一：Y氣體中可能含有H₂；猜想二：Y氣體中可能含有CO₂；猜想三：Y氣體中可能含有H₂和CO₂ ，
故答案為：Y氣體中可能含有CO₂；Y氣體中可能含有H₂和CO₂ ；
（4）①碳素鋼中含有碳元素，推斷所的氣體中可能含有二氧化碳，結合圖中設計裝置的目的，可知檢驗二氧化碳的方法是首先將二氧化硫除去→確認二氧化硫已經完全除去→澄清石灰水，對于氫氣的檢驗則可通過與灼熱氧化銅的反應現象和對產物水的驗證來實現，驗證氣體存在的順序為：SO₂→CO₂→CO和H₂被氧化→H₂O→CO₂，實驗中要避免其它物質的性質干擾，最防止空氣成分的干擾，后需要即為A→B→C→F→E→D→F，
故答案為：ABCFEDF；
②CO₂氣體和SO₂氣體都能使澄清石灰水變渾濁，檢驗CO₂氣體的存在應先除去SO₂氣體并檢驗是否除盡，
故答案為：檢驗SO₂是否除盡；
③含有H₂，與CuO在加熱條件下反應生成銅和水，E中固體由黑色氧化銅生成紅色銅，D中無色硫酸銅吸水生成五水硫酸銅藍色晶體，
故答案為：（石灰水不渾濁）D中固體由白色變藍色、E中固體由黑色變紅色．

點評 本題考查濃硫酸的性質、常見氣體的檢驗，題目較為綜合，具有一定難度，做題時注意把握物質的性質是解答本題的關鍵，特別是要排除其它物質的干擾．