Question

7．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，充分反應后得到溶液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⁺．（寫出一個即可）
②乙同學取336ml（標準狀況）氣體Y通入足量氯水中，發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）向一定量的Fe、Fe₂O₃和CuO混合物投入100ml 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時開始出現沉淀，則濾液中FeSO₄的物質的量濃度為（設濾液體積為100ml）1.87 mol/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；
（3）Al和水不反應，所以剩余金屬應該是Al，根據Na和Al之間的關系式及轉移電子守恒計算；
（4）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時開始出現沉淀，說明硫酸有剩余，鐵先和銅離子后和氫離子發生置換反應，所以濾液中的溶質是硫酸、硫酸亞鐵，根據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金屬鐵和硫酸之間發生反應，可能會發生的反應有：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、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：$\frac{0.01}{0.015}$×100%=66.7%，
故答案為：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）=$\frac{\frac{23}{23+27}×15}{23}$mol=0.3mol，n（Al）=$\frac{15×\frac{27}{23+27}}{27}$mol=0.3mol，根據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）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時開始出現沉淀，說明硫酸有剩余，鐵先和銅離子后和氫離子發生置換反應，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 本題綜合考查元素化合物知識、提出假設并設計實驗方案的能力和文字表達能力，開放性較強，涉及濃硫酸的強氧化性，C、S與Fe及其化合物的性質，題目難度中等．