Question

7．鐵是日常生活中用途最廣、用量最大的金屬材料．
（1）常溫下，可用鐵質容器盛裝濃硫酸的原因是濃硫酸使鐵表面形成一層致密穩定的氧化膜．
（2）某實驗小組利用圖裝置驗證鐵與水蒸氣的反應．
①濕棉花的作用是提供水蒸氣，試管中反應的化學方程式是3Fe+4H₂O $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
②實驗結束后，取出少量反應后的固體于試管中，加入過量鹽酸，固體完全溶解，所得溶液中存在的陽離子是b（填序號）．
a．一定有Fe²⁺、H⁺和Fe³⁺             b．一定有Fe²⁺、H⁺，可能有Fe³⁺
c．一定有Fe²⁺、Fe³⁺，可能有 H⁺      d．一定有Fe³⁺、H⁺，可能有Fe²⁺
（3）另稱取一定量的鐵釘放入適量的濃硫酸中，加熱，充分反應后收集氣體．經測定氣體中含有SO₂、CO₂和H₂．
①鐵與濃硫酸反應的化學方程式是2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O．
②氣體中混有CO₂的原因是（用化學方程式表示）C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂+2SO₂+2H₂O．
③將672mL（標準狀況）收集到的氣體通入足量溴水中，反應的離子方程式為SO₂+Br₂+2H₂O═2Br^-+SO₄^2-+4H⁺，然后加入足量BaCl₂溶液，經洗滌、干燥得到固體4.66g．由此推知收集到的氣體中SO₂的體積分數是$\frac{2}{3}$．

Answer 1

分析 （1）根據鐵和濃硫酸鈍化的原理解答；
（2）①濕棉花含有水蒸氣，對反應來說提供了水，鐵在高溫下與水反應生成四氧化三鐵和氫氣，據此分析解答即可；
②產物四氧化三鐵中有+2價的鐵和+3價的鐵，還有可能有過量的鐵；
（3）①鐵是金屬具有還原性，濃硫酸具有氧化性，鐵被氧化成+3價鐵，濃硫酸被還原成+4價的硫；
②碳單質和濃硫酸在加熱的條件下生成二氧化碳和二氧化硫；
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．

解答 （1）常溫下，鐵在濃硫酸中發生鈍化現象使鐵表面形成一層致密穩定的氧化膜，故鐵制品容器可以盛放濃硫酸，
故答案為：濃硫酸使鐵表面形成一層致密穩定的氧化膜；
（2）①因為是鐵和水蒸氣的反應，試管內有鐵粉，所以濕棉花主要是提供水蒸氣；鐵在高溫下與水反應生成四氧化三鐵和氫氣，反應方程式為：3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，
故答案為：提供水蒸氣；3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
②鐵和水蒸氣反應，產物為四氧化三鐵和氫氣，加入過量鹽酸，固體完全溶解，必發生反應：Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O，所以所得溶液中存在的陽離子是一定有Fe²⁺、H⁺，四氧化三鐵黑色固體中可能含有過量的鐵，可能將三價鐵離子全部轉化成二價鐵離子，Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，所以所得溶液中存在的陽離子是一定有Fe²⁺、H⁺，可能有Fe³⁺，
故答案為：b；
（3）①鐵和濃硫酸反應鐵被氧化成+3價鐵，濃硫酸被還原成+4價的硫，生成硫酸鐵和二氧化硫和水，
反應方程式為：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O
故答案為：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O；
②在反應的過程中，碳單質可以和濃硫酸反應生成二氧化碳、二氧化硫等氣體，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂+2SO₂+2H₂O；
③SO₂具有還原性，通入足量溴水中，發生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，離子方程式的書寫，將產物中的氫溴酸和硫酸拆成離子，所以離子方程式為：SO₂+Br₂+2H₂O═2Br^-+SO₄^2-+4H⁺，生成的硫酸遇到氯化鋇會產生白色沉淀，可以先洗滌然后再過濾來獲得純凈的硫酸鋇沉淀，則n（混合氣體）=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，
SO₂ ～BaSO₄
1mol    233g
n      4.66g
n=0.02mol，
則 SO₂的體積分數：$\frac{0.02}{0.03}$×100%=$\frac{2}{3}$，
故答案為：SO₂+Br₂+2H₂O═2Br^-+SO₄^2-+4H⁺；$\frac{2}{3}$．

點評 本題考查鐵及其化合物的性質實驗，結合相關的化學反應原理是解答的關鍵，本題難度中等．