Question

14．工業上常用鐵質容器盛裝冷濃硫酸．為研究鐵質材料與熱濃硫酸的反應，某學習小組進行了以下探究活動：
[探究一]
（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，一段時間后取出觀察，鐵釘表面無明顯變化，其原因是鐵釘表面被氧化．
（2）另稱取鐵釘6.0g15.0mL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⁺．若要確認其中的Fe²⁺，應先用d（選填序號）．
a．KSCN溶液和氯水  b．鐵粉和KSCN溶液c．濃氨水         d．酸性KMnO₄溶液
②乙同學取336mL（標準狀況）氣體Y通入足量溴水中，發生反應：SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，然后加入足量BaCl₂溶液，經適量操作后得干燥固體2.33g，由此推知氣體Y中SO₂的體積分數為66.7%．
[探究二]分析上述實驗中SO₂體積分數的結果，丙同學認為氣體Y中還可能含有H₂和Q氣體．為此設計了下列探究實驗裝置（圖中夾持儀器省略）．
（3）裝置B中試劑的作用是檢驗二氧化硫是否除盡．
（4）丙同學認為氣體Y中還含有Q的理由是發生反應C+2H₂SO₄（濃硫酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O．
（5）為確認Q的存在，需在裝置中添加M，則M應該位于C（選填序號）．
a．A之前   b．A-B間 c．B-C間   d．C-D間
（6）如果氣體Y中含有H₂，預計實驗現象應是D中固體由黑色變紅和E中固體由白變藍．
（7）若要測定此336mL氣體中H₂的含量（標準狀況下約有28mLH₂），可否用托盤天平稱量D或E反應前后的質量差的方法？做出判斷并說明理由否，用托盤天平無法稱量D或E的差量．

Answer 1

分析 （1）常溫條件下，鐵與濃硫酸能產生鈍化現象；
（2）根據亞鐵離子的性質選取試劑，亞鐵離子有還原性，可用強氧化性的物質檢驗，且必須有明顯的實驗現象；
（3）二氧化硫能使品紅溶液褪色，從而檢驗二氧化硫是否存在，空氣中有水蒸汽會影響無水硫酸銅對水的檢驗；
（4）根據鐵釘的成分分析，鐵釘中的鐵和碳在加熱條件下都能與濃硫酸發生氧化還原反應；
（5）根據二氧化硫和二氧化碳的性質分析選擇位置；
（6）根據氫氣的性質分析，氫氣具有還原性，能還原黑色的氧化銅而生成水，水能使白色的無水硫酸銅變藍；堿石灰能吸收二氧化碳；
（7）計算出氫氣的物質的量及生成水的質量，然后根據中學階段質量的稱量選擇托盤天平，分度值是0.1g進行判斷．

解答 解：（1）鐵釘放入冷硫酸中，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：鐵釘表面被氧化；
（2）①亞鐵離子能使酸性高錳酸鉀褪色，溶液中已經有三價鐵離子，選擇a會造成干擾，b能檢驗三價鐵離子的存在，選c生成兩種沉淀，受氫氧化鐵沉淀顏色的影響無法分辨，
故選d；
②SO₂具有還原性，通入足量溴水中，發生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，生成的硫酸遇到氯化鋇會產生白色沉淀，則n（混合氣體）=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol；
SO₂ ～BaSO₄
1mol  233g
n     2.33g
n=0.01mol
所以二氧化硫的體積分數為：$\frac{0.01mol}{0.015mol}$=66.7%，
故答案為：66.7%；
（3）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：檢驗二氧化硫是否除盡；
（4）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（濃硫酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O，
所以氣體二氧化硫還含有二氧化碳，
故答案為：發生反應C+2H₂SO₄（濃硫酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）Q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，選擇a或b受二氧化硫的影響無法判斷二氧化碳的存在，選d時二氧化碳被堿石灰吸收，
故選C；
（6）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，
故答案為：D中固體由黑色變紅和E中固體由白變藍；
（7）標況下28mL氫氣的物質的量為：$\frac{0.028L}{22.4L/mol}$=0.00125mol，生成水的質量為：18g/mol×0.00125mol=0.0225g，即D、E的質量差小于0.1g，而中學階段質量的稱量選擇托盤天平，分度值是0.1g，無法精確稱量出D或E的差量，所以不能用通過托盤天平稱量質量差的方法測量氫氣含量，
故答案為：否，用托盤天平無法稱量D或E的差量．

點評 本題考查了濃硫酸的性質、實驗方案的設計與評價，題目難度中等，注意掌握性質實驗方案設計的原則及評價方法，明確常見氣體的性質及檢驗方法，（7）為易錯點，需要通過計算進行判斷．