Question

16．工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸．为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是铁钉遇冷浓硫酸发生了钝化．
（2）另称取铁钉6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y．
①甲同学认为X中除Fe³⁺外还可能含有Fe²⁺，若要确认其中的Fe²⁺，应选用d（选填序号）．
a．KSCN溶液和氯水             b．NaOH溶液
c．浓氨水                      d．酸性KMnO₄溶液
②乙同学取336mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应：SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄
然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g．由此推知气体Y中SO₂的体积分数为66.7%．
分析上述实验中SO₂体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含有H₂和Q气体．为此设计了下列探究实验装置（图中夹持仪器省略）．

（3）装置B中试剂的作用是d．
（4）认为气体Y中还含有Q的理由是C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O（用化学方程式表示）．
（5）为确认Q的存在，需在装置中添加M于c（选填序号）．
a．A之前         b．A-B间          c．B-C间          d．C-D间
（6）如果气体Y中含有H₂，预计实验现象应是D中黑色粉末变红，E中白色粉末变蓝．

Answer 1

分析 （1）依据浓硫酸的强氧化性解答；
（2）①二价铁离子具有强的还原性，能够使酸性的高锰酸钾褪色，检验Fe²⁺，可利用+2价亚铁离子能使酸化的高锰酸钾褪色来检验；
②生成的SO₂具有还原性，通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，利用硫元素的守恒，结合关系式：SO₂→BaSO₄求出SO₂的体积分数；
（3）二氧化硫能使品红溶液褪色，从而检验二氧化硫是否除尽；
（4）加热条件下，C和浓硫酸反应生成二氧化碳；
（5）在确定不存在二氧化硫条件下，将气体通入澄清石灰水检验是否含有二氧化碳；
（6）氢气具有还原性，能还原性，能还原黑色的氧化铜生成红色的铜单质，同时生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色．

解答 解：（1）因为在常温下，铁与冷浓硫酸发生钝化反应，铁的表面覆盖一层致密的氧化膜，所以将钝化的铁钉放入硫酸铜溶液中，无明显现象，
故答案为：常温下浓硫酸使铁钝化；
（2）①a．因为含有铁离子，若选择KSCN溶液和氯水，则铁离子的存在对亚铁离子的检验带来干扰，所以不能选择KSCN溶液和氯水来检验，故a错误；
b．氢氧化钠与亚铁离子、铁离子均反应生成沉淀，且氢氧化铁为红褐色沉淀，所以不能判断氢氧化亚铁沉淀的存在，不能检验亚铁离子，故b错误；
c．亚铁离子和浓氨水反应生成白色沉淀，但不稳定，立即转化为黄绿色最终转化为红褐色沉淀，铁离子和浓氨水反应生成红褐色沉淀，所以无论是否含有亚铁离子，加入浓氨水都产生红褐色沉淀，故c错误；
d．二价铁离子具有强的还原性，能够使酸性的高锰酸钾褪色，三价铁离子不具有还原性，不能使高锰酸钾褪色，所以可以用来检验二价铁离子，故d正确；
故答案为：d；
②SO₂具有还原性，通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，
n（混合气体）=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，
SO₂ →BaSO₄
1mol     233g
n        2.33g
n=0.01mol；
则 SO2的体积分数：$\frac{0.01mol}{0.15mol}$×100%=66.7%，
故答案为：66.7%；
（3）A除去二氧化硫，二氧化硫能使品红溶液褪色，所以B可以检验A中是否完全除去二氧化硫，
故答案为：检验SO₂是否除尽；
（4）加热条件下，C和浓硫酸反应生成二氧化碳，所以Q是二氧化碳，反应方程式为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O；
（5）实验室用澄清石灰水检验二氧化碳，但二氧化硫也能使澄清石灰水变浑浊，要检验二氧化碳应该排除二氧化硫的干扰，所以在确定不存在二氧化硫条件下，将气体通入澄清石灰水检验是否含有二氧化碳，该检验装置应该在B-C之间，
故答案为：c；
（6）若Y中含有氢气，则氢气与氧化铜反应生成水和Cu，水可以用无水硫酸铜固体来检验，则看到的现象是D中固体由黑变红和E中固体变蓝，
故答案为：D中黑色粉末变红，E中白色粉末变蓝．

点评 本题通过元素化合物知识考查了性质实验方案设计方法，题目难度中等，熟悉相关物质的性质是解题关键，注意二价铁离子、三价铁离子的检验方法，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．