Question

【題目】下面是某校化學研究性學習小組探究的過量的Fe與濃硫酸反應的實驗：

I.甲同學設計如下實驗驗證反應得到的混合氣體中含有SO2、H2、H2O

已知：CaSO3受熱易分解

(1)寫出過量Fe粉與濃硫酸反應產生等體積的SO2與H2的總化學方程式：________。

(2)若按氣體從左到右的流向，為達到實驗目的，各裝置連接順序是A→______(不可重復使用）。

(3)A中導管的作用為_____，裝置E中的干燥管中盛放的物質為堿石灰，其作用是_______。

(4)證明有H2存在的實驗現象是_________。

II．為測定混合氣體中SO2的體積分數,，乙同學設計了如下實驗方案：

(5) W溶液可以是下列溶液中的______（填字母代號）；

A.H2O2溶液 B.NaOH溶液 C.KMnO4溶液(硫酸酸化) D.氯水

該混合氣體中二氧化硫的體積分數為_____________（用含V、m的代數式表示）。

Answer 1

【答案】 2Fe+3H2SO42FeSO4+SO2↑+H2↑+2H2O D→B→C→F→E 安全管，平衡氣壓 防止空氣中的水分干擾實驗，吸收多余的SO2 F中黑色固體粉末變為紅色，E中無水硫酸銅變藍 AD

【解析】I.濃H2SO4具有強氧化性，過量Fe與濃H2SO4加熱反應生成FeSO4、SO2和H2O，隨著反應的進行H2SO4濃度變稀，過量Fe與稀H2SO4反應生成FeSO4和H2。檢驗H2O用無水CuSO4，檢驗SO2用品紅溶液，檢驗H2用灼熱的CuO和無水CuSO4；由于品紅溶液會帶出H2O（g）、H2與CuO加熱反應會生成H2O（g），所以先檢驗H2O，再檢驗SO2；為防止從品紅溶液中帶出的H2O（g）干擾H2的檢驗，所以氣體通入灼熱CuO之前要干燥；按氣流從左到右的順序，各裝置的連接順序為A→D→B→C→F→E。

II.根據乙同學設計的實驗方案以及題給已知，測定SO2的體積分數的原理是：W溶液將混合氣體中的SO2氧化成SO42-，加入過量Ba（OH）2溶液將SO42-完全沉淀，通過測量BaSO4的質量計算SO2的體積分數。

I.濃H2SO4具有強氧化性，過量Fe與濃H2SO4加熱反應生成FeSO4、SO2和H2O，隨著反應的進行H2SO4濃度變稀，過量Fe與稀H2SO4反應生成FeSO4和H2。檢驗H2O用無水CuSO4，檢驗SO2用品紅溶液，檢驗H2用灼熱的CuO和無水CuSO4；由于品紅溶液會帶出H2O（g）、H2與CuO加熱反應會生成H2O（g），所以先檢驗H2O，再檢驗SO2；為防止從品紅溶液中帶出的H2O（g）干擾H2的檢驗，所以氣體通入灼熱CuO之前要干燥；按氣流從左到右的順序，各裝置的連接順序為A→D→B→C→F→E。

（1）過量Fe與濃H2SO4反應的化學方程式為Fe+2H2SO4（濃）FeSO4+SO2↑+2H2O，隨著反應的進行H2SO4濃度變稀，Fe與稀H2SO4反應的化學方程式為Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，若產生等體積的SO2與H2，將兩反應方程式相加得總化學方程式：2Fe+3H2SO42FeSO4+SO2↑+H2↑+2H2O。

（2）根據上述分析，為達到實驗目的，各裝置連接順序是A→D→B→C→F→E。

（3）A中導管的作用為：安全管，平衡氣壓。裝置E中的干燥管中盛放的物質為堿石灰，其作用是：防止空氣中H2O（g）干擾實驗；吸收多余SO2，防止污染大氣。

（4）證明有H2存在的實驗現象是：F中黑色固體粉末變為紅色，E中無水硫酸銅變藍。

II. 根據乙同學設計的實驗方案以及題給已知，測定SO2的體積分數的原理是：W溶液將混合氣體中的SO2氧化成SO42-，加入過量Ba（OH）2溶液將SO42-完全沉淀，通過測量BaSO4的質量計算SO2的體積分數。

（5）A項，H2O2與混合氣體中SO2反應生成H2SO4，H2SO4與過量Ba（OH）2反應生成BaSO4沉淀，W溶液可以是H2O2溶液；B項，過量NaOH與混合氣體中SO2反應生成Na2SO3，Na2SO3與過量Ba（OH）2反應生成BaSO3沉淀，根據已知，BaSO3干燥時會分解，同時BaSO3也可能被氧化，產生實驗誤差，W溶液不可以為aOH溶液；C項，KMnO4溶液會將混合氣體中的SO2氧化成SO42-，但由于KMnO4溶液用硫酸酸化引入SO42-，引起實驗誤差，W溶液不可以為用硫酸酸化的KMnO4溶液；D項，氯水能將混合氣體中的SO2氧化成H2SO4，H2SO4與過量Ba（OH）2反應生成BaSO4沉淀，W溶液可以是氯水；答案選AD。

根據S守恒，n（SO2）=n（BaSO4）=mol，標準狀況下V（SO2）=L，混合氣體中SO2的體積分數為。