Question

8．某校化學(xué)課外研究小組為研究濃硫酸與金屬M(fèi) 反應(yīng)的氣體生成物，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)活動：
【提出假設(shè)】
假設(shè)1：氣體生成物只有SO₂；
假設(shè)2：氣體生成物只有H₂；
假設(shè)3：氣體生成物是SO₂和H₂的混合氣體．
【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】
實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)中使用的試劑如圖：
 
（1）在裝入藥品前，甲同學(xué)檢查裝置A的氣密性，方法是關(guān)閉彈簧夾K1，打開分液漏斗活塞，向分液漏斗中注入適量水，若分液漏斗滴下水的速度逐漸變慢，直至停止，則證明裝置A的氣密性良好．
（2）乙同學(xué)通過所學(xué)知識排除了上面提出的一個假設(shè)，他排除的是假設(shè)2，理由是濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，在加熱的條件下能被金屬還原為SO₂．
（3）如果實(shí)驗(yàn)中觀察到裝置B 中溶液褪色，裝置F 和裝置G 中無明顯變化，則假設(shè)1成立，實(shí)驗(yàn)測得消耗金屬M(fèi) 和濃硫酸的物質(zhì)的量之比為1：2，則在M的硫酸鹽中，M元素的化合價(jià)為+2
（4）如果假設(shè)3正確，填寫下表中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

裝置	B	F	G
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（5）裝置C的作用是除去可能未反應(yīng)完的SO₂，裝置D 的作用是檢驗(yàn)SO₂是否已除凈．
（6）如果裝置A中放入的金屬M(fèi) 的質(zhì)量為11.2g，加入適量濃硫酸，反應(yīng)完成后，裝置B 中溶液褪色，裝置A 中金屬無剩余；反應(yīng)后G的質(zhì)量增加了0.9g；取少量裝置A 中溶液稀釋，分為兩份，一份滴加KSCN 溶液，溶液變紅色，另一份滴加酸性KMnO₄ 溶液，溶液褪色．如果裝置A中溶液內(nèi)的金屬離子濃度相等，則裝置A 中燒瓶內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的總化學(xué)方程式是4Fe+9H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4SO₂↑+H₂↑+8H₂O．

Answer 1

分析 【提出假設(shè)】依據(jù)金屬和濃硫酸反應(yīng)過程分析，金屬與濃硫酸反應(yīng)，開始生成的是二氧化硫，如果金屬過量，濃硫酸變成稀硫酸后，如果金屬較活潑，則可能還生成氫氣，隨濃硫酸溶液濃度減小，金屬和硫酸反應(yīng)生成的氣體為二氧化硫、氫氣或二者混合物；
【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】裝置A是氣體發(fā)生裝置，濃硫酸和金屬M(fèi)加熱反應(yīng)生成的氣體開始為二氧化硫氣體，金屬過濾隨濃硫酸反應(yīng)濃度減小，變?yōu)橄×蛩岷徒饘俜磻?yīng)生成氫氣，氣體通過裝置B中的品紅溶液，品紅褪色，通過裝置C中的高錳酸鉀溶液除去生成的二氧化硫，再通過裝置D中 的品紅溶液檢查二氧化硫是否除凈，通過裝置E濃硫酸干燥氣體，通過裝置F中的氧化銅，氫氣還原氧化銅生成金屬銅，生成的水蒸氣遇到無水硫酸銅，現(xiàn)象為黑色變紅色，H是避免空氣中的水蒸氣進(jìn)入裝置F干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，
（1）檢查裝置氣密性需要密閉裝置，水封，然后改變裝置內(nèi)壓強(qiáng)，觀察液面的變化設(shè)計(jì)；
（2）濃硫酸和金屬加熱反應(yīng)開始一定生成二氧化硫氣體；
（3）如果實(shí)驗(yàn)中觀察到裝置B 中溶液褪色，裝置F 和裝置G 中無明顯變化，說明無氫氣生成，氣體為二氧化硫，結(jié)合元素化合價(jià)升高和降低即電子守恒計(jì)算金屬的化合價(jià)；
（4）若生成的氣體為二氧化硫和氫氣，則裝置中的反應(yīng)現(xiàn)象為，二氧化硫通過裝置B 中溶液褪色，氫氣通過裝置F出現(xiàn)黑色變?yōu)榧t色，生成的水蒸氣通過裝置G中白色變化為藍(lán)色；
（5）裝置C是利用二氧化硫的還原性被高錳酸鉀溶液氧化除去，裝置D中的品紅溶液是檢驗(yàn)二氧化硫是否除凈；
（6）根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象判斷M為鐵，然后根據(jù)題中數(shù)據(jù)計(jì)算出鐵離子、亞鐵離子的物質(zhì)的量，然后根據(jù)質(zhì)量守恒定律、電子守恒分別計(jì)算出生成氫氣、二氧化硫物質(zhì)的量，最后寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式．

解答 解：【提出假設(shè)】假設(shè)1：氣體生成物只有SO₂；
假設(shè)2：氣體生成物只有H₂；
推斷當(dāng)金屬過量時(shí)，且金屬較活潑則生成的氣體中可能含有氫氣，所以假設(shè)3為：氣體產(chǎn)物有SO₂和H₂ ，
故答案為：氣體生成物是SO₂和H₂的混合氣體；
【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】（1）在裝入藥品前，甲同學(xué)檢查裝置A的氣密性需要密閉裝置A，利用分液漏斗中加入水，觀察液面變化，設(shè)計(jì)方法為：關(guān)閉彈簧夾K1，打開分液漏斗活塞，向分液漏斗中注入適量水，若分液漏斗滴下水的速度逐漸變慢，直至停止，則證明裝置A 的氣密性良好，
故答案為：關(guān)閉彈簧夾K1，打開分液漏斗活塞，向分液漏斗中注入適量水，若分液漏斗滴下水的速度逐漸變慢，直至停止，則證明裝置A 的氣密性良好；
（2）濃硫酸的性質(zhì)可知，和金屬加熱條件下發(fā)生反應(yīng)開始生成二氧化硫氣體，當(dāng)金屬過量時(shí)，且金屬較活潑則生成的氣體中可能含有氫氣，假設(shè)2一定是錯誤的，
故答案為：2，濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，在加熱的條件下能被金屬還原為SO₂；
（3）如果實(shí)驗(yàn)中觀察到裝置B 中溶液褪色，裝置F 和裝置G 中無明顯變化，說明無氫氣生成，氣體為二氧化硫，猜想1正確，實(shí)驗(yàn)測得消耗金屬M(fèi) 和濃硫酸的物質(zhì)的量之比為1：2，則在M的硫酸鹽中，M元素的化合價(jià)結(jié)合元素化合價(jià)升高和降低即電子守恒計(jì)算得到，設(shè)金屬元素化合價(jià)變化為x，
2M+4H₂SO₄=M₂（SO₄）_x+（4-x）SO₂+4H₂O
則依據(jù)電子守恒2×（x-0）=（4-x）×（6-4）；
x=+2
故答案為：1，+2；
（4）若生成的氣體為二氧化硫和氫氣，則裝置中的反應(yīng)現(xiàn)象為：二氧化硫具有漂白性通過裝置B中品紅溶液褪色，氫氣通過裝置F還原氧化銅為金屬銅，出現(xiàn)黑色變?yōu)榧t色現(xiàn)象，生成的水蒸氣通過裝置G，無水硫酸銅白色變化為藍(lán)色；
故答案為：品紅溶液紅色褪去黑色固體變成紅色無水硫酸銅變藍(lán)；
（5）為檢驗(yàn)二氧化硫的存在和避免二氧化硫?qū)�后續(xù)實(shí)驗(yàn)的影響，通過裝置C是利用二氧化硫的還原性被高錳酸鉀溶液氧化除去，裝置D中的品紅溶液是檢驗(yàn)二氧化硫是否除凈，
故答案為：除去可能未反應(yīng)完的SO₂，檢驗(yàn)SO₂是否已除凈；
（6）向甲試管里滴加KSCN溶液，溶液變紅色，說明金屬M(fèi)為Fe；G增重0.9g，0.9g為水的質(zhì)量，則氫氣的物質(zhì)的量為：n（H₂）=n（H₂O）=$\frac{0.9g}{18g/mol}$=0.05mol；1.2g鐵的物質(zhì)的量為：n（Fe）=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol；向乙試管里滴加酸性高錳酸鉀溶液，振蕩，溶液紫色褪去，說明溶液中含有亞鐵離子，燒瓶溶液中金屬離子濃度相等，則鐵離子和亞鐵離子的物質(zhì)的量相等，n（Fe²⁺）=n（Fe³⁺）=0.1mol，根據(jù)電子守恒，生成二氧化硫的物質(zhì)的量為：n（SO₂）=$\frac{0.1mol×2+0.1mol×3-0.05mol×2}{2}$=0.20mol，鐵與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Fe+9H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4SO₂↑+H₂↑+8H₂O，
故答案為：4Fe+9H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4SO₂↑+H₂↑+8H₂O．

點(diǎn)評 本題考查了濃硫酸的化學(xué)性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)的計(jì)算、化學(xué)方程式的書寫等知識，題目難度較大，試題涉及的知識點(diǎn)較大，題量較大，充分考查了學(xué)生對所學(xué)知識的掌握情況，注意明確濃硫酸的化學(xué)性質(zhì)及濃硫酸與金屬反應(yīng)的原理．