Question

9．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：
（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，其原因是常溫下濃硫酸使鐵鈍化．
（2）另稱取鐵釘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⁺，應選用（選填序號）d．
a．KSCN溶液和氯水 b．NaOH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66.7%．
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）認為氣體Y中還含有Q的理由是C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O（用化學方程式表示）．
（5）為確認Q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
（6）如果氣體Y中含有H₂，預計實驗現象應是D中黑色粉末變紅，E中白色粉末變藍．

Answer 1

分析 （1）依據濃硫酸的強氧化性解答；
（2）①二價鐵離子具有強的還原性，能夠使酸性的高錳酸鉀褪色，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；
②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；
（3）二氧化硫能使品紅溶液褪色，從而檢驗二氧化硫是否除盡；
（4）加熱條件下，C和濃硫酸反應生成二氧化碳；
（5）在確定不存在二氧化硫條件下，將氣體通入澄清石灰水檢驗是否含有二氧化碳；
（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．

解答 解：（1）濃硫酸具有強的氧化性，常溫下遇到鐵發生鈍化，形成致密氧化膜阻止反應進行；
故答案為：常溫下濃硫酸使鐵鈍化；
（2）①a．溶液中含有三價鐵離子，遇到硫氰酸鉀顯紅色，對二價鐵離子檢驗造成干擾，故a不選；
b．溶液中含有三價鐵離子，和NaOH反應生成紅褐色沉淀，亞鐵離子和NaOH反應生成白色沉淀，但不穩定，立即轉化為黃綠色最終轉化為紅褐色沉淀，所以無論是否含有亞鐵離子，加入濃氨水都產生紅褐色沉淀，故b不選；
c．亞鐵離子和濃氨水反應生成白色沉淀，但不穩定，立即轉化為黃綠色最終轉化為紅褐色沉淀，鐵離子和濃氨水反應生成紅褐色沉淀，所以無論是否含有亞鐵離子，加入濃氨水都產生紅褐色沉淀，故c不選；
d．二價鐵離子具有強的還原性，能夠使酸性的高錳酸鉀褪色，三價鐵離子不具有還原性，不能使高錳酸鉀褪色，所以可以用來檢驗二價鐵離子，故d選；
故選：d；
②SO₂具有還原性，通入足量溴水中，發生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，
n（混合氣體）=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，
SO₂ →BaSO₄
1mol     233g
n        2.33g
n=0.01mol；
則 SO2的體積分數：$\frac{0.01}{0.015}$×100%=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SO₂是否除盡；
（4）加熱條件下，C和濃硫酸反應生成二氧化碳，所以Q是二氧化碳，反應方程式為C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O；
（5）實驗室用澄清石灰水檢驗二氧化碳，但二氧化硫也能使澄清石灰水變渾濁，要檢驗二氧化碳應該排除二氧化硫的干擾，所以在確定不存在二氧化硫條件下，將氣體通入澄清石灰水檢驗是否含有二氧化碳，該檢驗裝置應該在B-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中黑色粉末變紅，E中白色粉末變藍．

點評 本題綜合考查元素化合物知識，考查性質實驗方案設計，熟悉相關物質的性質是解題關鍵，注意二價鐵離子、三價鐵離子的檢驗方法，題目難度中等．