Question

15．工業(yè)上常用鐵質(zhì)容器盛裝冷濃硫酸．為研究鐵質(zhì)材料與熱濃硫酸的反應，某學習小組進行以下探究活動：
[探究一]
（1）將已除去表面氧化物的鐵釘（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．
（2）另取鐵釘放入一定量濃硫酸中加熱，充分反應后得到溶液X并收集到干燥氣體Y．
①甲同學認為X中可能含有Fe³⁺和Fe²⁺．若要確認其中的Fe²⁺，應選用b（填序號）．
a．KSCN溶液    b．鐵氰化鉀溶液    c．鹽酸
②乙同學取448mL（標準狀況）氣體Y通入足量溴水中，發(fā)生反應的離子方程式為SO₂+Br₂+2H₂O=SO₄^2-+2Br^-+4H⁺，充分反應后，加入足量BaCI₂溶液，經(jīng)適當操作后得干燥固體2.33g．可推知氣體Y中S0₂的體積分數(shù)為50%．
[探究二]
據(jù)探究一所測S0₂的體積分數(shù)，丙同學認為氣體Y中可能還含有C0₂和Q氣體，因此設計了下列實驗裝置（圖中夾持儀器省略，實驗前已將裝置中空氣排盡）進一步探究．
（3）裝置A中的現(xiàn)象是溶液顏色變淺，其作用是除去SO₂并檢驗SO₂除盡．

（4）為判斷CO₂是否存在，需將裝置M添加在b．（填序號）；
a．A之前    b．A～B之間    c．B-C之間    d．C～D之間
若存在CO₂，則產(chǎn)生CO₂氣體的反應中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1．
（5）若C中固體變紅，D中固體變藍，則Q是H₂ （填化學式），產(chǎn)生該氣體的原因是隨著反應進行，硫酸濃度變稀，鐵與稀硫酸反應生成氫氣．
（6）若某氣體可能由C0₂、S0₂、H₂中的一種或多種組成，經(jīng)測定其中氧的質(zhì)量分數(shù)為50%，則該氣體的組成可能為ace（填序號）．
a．SO₂    b．H₂、SO₂    c．H₂、CO₂    d．CO₂、SO₂    e．SO₂、CO₂、H₂．

Answer 1

分析 本題以探究鐵與冷的濃硫酸發(fā)生鈍化現(xiàn)象為載體，探究鐵分別與冷的濃硫酸和熱的濃硫酸反應原理，并檢驗產(chǎn)物中可能生成的Fe²⁺或可能出現(xiàn)的Fe³⁺，其中Fe²⁺的檢驗通常選用鐵氰化鉀溶液現(xiàn)象是生成藍色沉淀，生成的SO₂氣體能使溴水褪色，同時生成硫酸，因使用的鐵中含有碳，能被濃硫酸氧化，同時硫酸濃度變稀后，還可能有氫氣生成，因此得到的SO₂中可能含有二氧化碳和氫氣，為驗證其成分，進行了實驗探究，首先結合SO₂的還原性，利用酸性高錳酸鉀溶液除去SO₂，將剩余氣體干燥后通過灼熱的氧化銅，發(fā)現(xiàn)氧化銅由黑色變?yōu)榧t色可知有氫氣，石灰水變渾濁可知有CO₂，不過前提是排除SO₂的干擾，據(jù)此可作答；
（1）常溫下，鐵易和濃硫酸發(fā)生鈍化現(xiàn)象，從而阻止進一步反應；
（2）①Fe³⁺常用KSCN溶液檢驗，F(xiàn)e²⁺可利用鐵氰化鉀溶液檢驗；
②SO₂有還原性，能使溴水褪色，生成硫酸，滴加氯化鋇溶液生成硫酸鋇沉淀，利用硫原子守恒可計算混合氣體中SO₂的體積分數(shù)；
（3）SO₂有還原性，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，利用A裝置可吸收SO₂；
（4）用澄清石灰水檢驗二氧化碳，首先要排除二氧化硫的干擾，合金中的碳與濃硫酸在加熱條件下有CO₂生成，同時得到還原產(chǎn)物SO₂；
（5）若C中固體變紅說明氧化銅發(fā)生了還原反應，D中硫酸銅固體變藍說明C中有水生成，可結合討論有氫氣，產(chǎn)生氫氣的可能原因是鐵能與稀硫酸反應生成氫氣；
 （6）SO₂中氧元素的含量為50%，CO₂中氧元素的含量為73%，H₂中不含氧元素，氧元素含量為0；

解答 解：（1）常溫下，F(xiàn)e易和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應生成致密的氧化物薄膜而阻止進一步被氧化，該現(xiàn)象為鈍化現(xiàn)象，所以放入濃硫酸后的碳素鋼加入硫酸銅溶液中無變化，說明鐵在冷的濃硫酸中鈍化，故答案為：鐵在冷的濃硫酸中鈍化；
（2）①a．KSCN溶液遇Fe³⁺變血紅色，遇Fe²⁺無現(xiàn)象，故錯誤；b．鐵氰化鉀溶液遇含有Fe²⁺有藍色沉淀，故正確；c．鹽酸只能抑制Fe²⁺的水解，無法鑒別，故錯誤；
故選b；
②氣體Y通入足量溴水中發(fā)生反應，SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，離子方程式為：SO₂+Br₂+2H₂O=SO₄^2-+2Br^-+4H⁺，SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄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，
V         2.33g
V=0.224L=224mL，所以二氧化硫的體積分數(shù)為$\frac{224mL}{448mL}$×100%=50%，故答案為：50%；
（3）SO₂有還原性能被酸性KMnO₄溶液氧化，故A中溶液紫色變淺，利用此裝置可吸收SO₂氣體并根據(jù)紫色沒有完全褪去，判斷SO₂已除盡，故答案為：溶液顏色變淺；除去SO₂并檢驗SO₂除盡；
（4）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水變渾濁，所以要檢驗二氧化碳必須排除二氧化硫的干擾，A裝置是吸收SO₂并檢驗二氧化硫是否除盡，另外氣體需干燥后才可以通過加熱的玻璃管，所以為不影響后續(xù)實驗操作，澄清石灰水應放置在A和B之間，二氧化碳是碳與濃硫酸反應生成的，發(fā)生反應的化學方程式為C+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，此反應中碳為還原劑，硫酸為氧化劑，則氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，故答案為：b；2：1；
（5）C中氧化銅被還原，D中檢驗有水生成，可知氣體中有氫氣，可能是濃硫酸隨反應的進行濃度變稀，鐵與稀硫酸反應生成氫氣，故答案為：H₂；隨著反應進行，硫酸濃度變稀，鐵與稀硫酸反應生成氫氣；
（6）①現(xiàn)測知該氣體中含氧質(zhì)量分數(shù)為50%，而SO₂中氧元素的質(zhì)量分數(shù)正好為：50%，所以該氣體有可能是純凈物SO₂②CO₂中氧元素的質(zhì)量分數(shù)為72.7%比50%大，但如果和一定量的H₂混合，總的氧元素的質(zhì)量分數(shù)就會比72.7%小，可能達到50%，所以該氣體有可能是CO₂和H₂的混合物；③還有可能是三者的混合物，因為SO₂中氧元素的質(zhì)量分數(shù)正好為：50%與該氣體中氧元素的質(zhì)量分數(shù)相同，對總的含氧量不影響；而CO₂和H₂混合，氧元素的質(zhì)量分數(shù)比72.7%小，可能達到50%，所以該氣體有可能是SO₂、H₂、CO₂的混合物；④如果是SO₂和H₂混合；或單獨是H₂，氧元素的質(zhì)量分數(shù)就會比50%��；如果是SO₂和CO₂混合；或單獨是CO₂氧元素的質(zhì)量分數(shù)比72.7%大，所以都不符合，則有三種情況：（1）SO_2：（2）CO₂和H₂的混合物；（3）SO₂、H₂、CO₂的混合物滿足，即選項ace正確，答案為：ace．

點評 本題以鐵與濃硫酸鈍化為載體，探究鐵碳在熱的濃硫酸中反應生成的溶液及氣體混合物的成分鑒別，綜合性比較強，但考查的均為基礎性知識，難度不大．