Question

4．工業上常用鐵質容器盛裝冷的濃硫酸．為研究鐵質材料與濃硫酸的反應，某學習小組進行了以下探究活動：
【探究一】
（1）甲同學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）甲同學另稱取鐵釘10.0g放入25.0mL濃硫酸中，加熱，充分應后得到溶液X并收集到氣體Y．甲同學認為X中可能含有Fe³⁺也可能含有Fe²⁺．若要確認此結論，應用ad（選填序號）．
a．KSCN溶液    b．鐵粉和KSCN溶液     c．氨水    d．酸性KMnO₄溶液
（3）乙同學取448mL（標準狀況）氣體Y通入足量溴水中，溴水褪色，發生反應的離子方程式為：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．由此推知氣體Y中SO₂的體積分數為50%．
【探究二】
分析乙同學實驗中SO₂體積分數的結果，丙同學認為氣體Y中除水蒸氣外還可能含有Z和W氣體．為此設計了如圖探究實驗裝置（圖中夾持儀器省略）．

（4）裝置B中試劑的作用是檢驗SO₂是否除盡．
（5）丙同學認為用如圖中的D、E、F裝置可證明氣體Y中還含有Z，則Z氣體為H₂（化學式），證明Z氣體的實驗現象為黑色固體變紅，且無水硫酸銅變藍；F裝置的作用是防止空氣中水進入到E
（6）認為氣體Y中還含有W的理由是C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O（用化學方程式表示）．為確認W的存在，需在裝置中添加M于c（選填序號）．
a．A之前      b．A-B間       c．B-C間       d．C-D間．

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）檢驗Fe³⁺，可以選用硫氰化鉀溶液，檢驗Fe²⁺，可利用+2價亞鐵離子能使酸化的高錳酸鉀褪色來檢驗；
（3）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；
（4）二氧化硫能使品紅溶液褪色，從而檢驗二氧化硫是否除盡；
（5）根據裝置D、E中的藥品及鐵與稀硫酸反應會生成氫氣分析；當氧化銅變成紅色、無水硫酸銅變藍則證明存在氫氣；空氣中水分加入裝置E，會干擾實驗中對水的測定；
（6）鐵釘中含有碳元素，碳與濃硫酸在加熱條件下反應生成二氧化碳、二氧化硫氣體；二氧化碳能夠被堿石灰吸收，所以應該放在品紅溶液之后、堿石灰之前的位置．

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）鐵離子與硫氰根離子反應生成紅色的硫氰化鉀，則檢驗Fe³⁺可以選用硫氰化鉀溶液；+2價亞鐵離子能使酸化的高錳酸鉀褪色，則具有亞鐵離子可以用酸性高錳酸鉀溶液，所以ad正確，故答案為：ad；
（3）SO₂具有還原性，通入足量溴水中，發生反應方程式為：SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄；
n（混合氣體）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，
SO₂→BaSO₄
1mol   233g
n      2.33g
n=$\frac{1mol×2.33g}{233g}$=0.01mol，
相同條件下氣體得到體積之比等于物質的量之比，則混合氣體中SO₂的體積分數為：$\frac{0.01mol}{0.02mol}$×100%=50%，
故答案為：SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄；50%；
（4）A除去二氧化硫，二氧化硫能使品紅溶液褪色，所以B可以檢驗A中是否完全除去二氧化硫，故答案為：檢驗SO₂是否除盡；
（5）稀硫酸與鐵反應生成硫酸亞鐵和氫氣，D、E、F裝置可以證明的Z為氫氣；氫氣還原氧化銅會生成水蒸氣能使白色的硫酸銅粉末變藍色，同時有紅色的銅單質生成，若黑色固體變紅，且無水硫酸銅變藍，則證明混合氣體中含有氫氣；裝置E用于檢驗是否有水生成，空氣中的水分干擾該實驗，所以裝置F的作用是防止空氣中水進入到E，
故答案為：H₂；黑色固體變紅，且無水硫酸銅變藍；防止空氣中水進入到E；    
（6）在加熱時，鐵釘中不僅鐵和濃硫酸反應，碳也和濃硫酸反應生成生成二氧化硫、二氧化碳和水，反應方程式為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
W為二氧化碳，二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水變渾濁，影響了對二氧化碳的測定；又由于二氧化碳能夠被堿石灰吸收，所以裝置M應該放在品紅溶液之后、堿石灰之前的位置，即B-C間，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；c．

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，題目難度中等，試題開放性較強，涉及濃硫酸的強氧化性，C、S與Fe及其化合物的性質，試題有利于培養學生的分析、理解能力及化學實驗能力．