Question

17．為研究鐵質材料與熱濃硫酸的反應，某學習小組用碳素鋼（即鐵和碳的合金）進行了以下探究活動：
（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，其原因是鐵在冷的濃硫酸中鈍化，表面生成致密氧化膜．
（2）稱取碳素鋼6.0g放入15.0mL濃硫酸中，加熱，充分反應后得到溶液X并收集到混合氣體Y．
①甲同學認為X中除Fe³⁺之外還可能含有Fe²⁺．若要確認其中的Fe²⁺，應選用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560mL（標準狀況）氣體Y通入足量溴水中，發生SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄反應，然后加入足量BaCl₂溶液，經適當操作后得干燥固體4.66g．由此推知氣體Y中SO₂的體積分數為80%．
根據上述實驗中SO₂體積分數的分析，丙同學認為氣體Y中還可能含有Q₁和Q₂兩種氣體，其中Q₁氣體，在標準狀況下，密度為0.0893g•L^-1．為此設計了下列探究實驗裝置（假設有關氣體完全反應）．
（3）裝置B中試劑的作用是確認二氧化硫已經除盡．
（4）分析Y氣體中的Q₂氣體是如何生成的C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O（用化學方程式表示）．
（5）已知洗氣瓶M中盛裝澄清石灰水，為確認Q₂的存在，需在裝置中添加洗氣瓶M于C（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Q₁，預計實驗現象應是D中氧化銅變紅，E中無水硫酸銅變藍．

Answer 1

分析 （1）常溫下，鐵遇冷的濃硫酸發生鈍化現象；
（2）亞鐵離子有還原性，能還原酸性高錳酸鉀溶液而使其褪色；根據硫酸鋇與二氧化硫的關系式計算二氧化硫的體積，再根據體積分數公式計算；
（3）二氧化硫能使品紅溶液褪色，據此判斷是否含有二氧化硫；
（4）碳素鋼中含有碳，加熱條件下，碳和濃硫酸反應生成二氧化碳；
（5）用澄清石灰水檢驗二氧化碳，首先要排除二氧化硫的干擾；
（6）Q₁氣體，在標準狀況下，密度為0.0893g•L^-1，其相對分子質量為2，所以是氫氣，氫氣檢驗還原性，能含有氧化銅同時生成水，水能使無水硫酸銅變藍．

解答 解：（1）常溫下，鐵遇冷的濃硫酸發生氧化還原反應，在鐵表面生成一層致密的氧化物薄膜而阻止了進一步的反應，即發生鈍化現象，所以反應片刻后取出觀察，鐵釘表面無明顯變化，
故答案為：鐵在冷的濃硫酸中鈍化，表面生成致密氧化膜；
（2）①亞鐵離子具有還原性，而酸性高錳酸鉀有氧化性，發生氧化還原反應使高錳酸鉀溶液褪色，故選D，
故答案為：D；
②SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，所以硫酸鋇和二氧化硫之間的關系式為SO₂-----BaSO₄，設二氧化硫的體積為V，
SO₂-----BaSO₄，
22.4L      233g
V          4.66g
V=0.448l=448mL，所以二氧化硫的體積分數=$\frac{448ml}{560ml}$×100%=80%，
故答案為：80%；
（3）二氧化硫能使品紅溶液褪色，所以用品紅溶液檢驗二氧化硫是否除盡，故答案為：確認二氧化硫已經除盡；
（4）碳素鋼中含有碳，加熱條件下，碳能和濃硫酸反應生成二氧化硫、二氧化碳和水，反應方程式為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水變渾濁，但二氧化硫還能使品紅溶液褪色，所以要檢驗二氧化碳必須排除二氧化硫的干擾，B裝置是檢驗二氧化硫是否除盡，所以澄清石灰水應放置在B和C之間，故選C；
（6）氫氣具有還原性，能還原性，能還原黑色的氧化銅生成紅色的銅單質，同時生成水，水能使無水硫酸銅變藍色，這是檢驗水的特征反應，所以如果D中氧化銅變紅，E中無水硫酸銅變藍，則證明含有氫氣，故答案為：D中氧化銅變紅，E中無水硫酸銅變藍．

點評 本題考查了濃硫酸的性質、二氧化硫的性質、常見物質的檢驗等知識點，注意常溫下，鐵和冷的濃硫酸不是不反應，而是反應生成了致密的氧化物薄膜而阻止了進一步反應，為易錯點，題目難度中等．