Question

12．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，某学习小组进行以下探究活动：
【探究一】
（1）将已除去表面氧化物的铁钉（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，其原因是铁钉表面被钝化．
（2）另取铁钉放入一定量浓硫酸中加热，充分反应后得到溶液X并收集到干燥气体Y．
①甲同学认为X中可能含有Fe³⁺和Fe²⁺．若要确认其中的Fe²⁺，应选用b（填序号）．
a．KSCN溶液    b．铁氰化钾溶液    c．盐酸
②乙同学取448mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应的离子方程式为SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，充分反应后，加入足量BaCI₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g．可推知气体Y中SO₂的体积分数为50%．
【探究二】
据探究一所测SO₂的体积分数，丙同学认为气体Y中可能还含有CO₂和Q气体，因此设计了下列实验装置（图中夹持仪器省略，实验前已将装置中空气排尽）进一步探究．
（3）装置A中的现象是溶液颜色变浅，其作用是除去二氧化硫并检验二氧化硫是否除尽．

（4）为判断CO₂是否存在，需将装置M添加在b．   （填序号）；
a．A之前    b．A～B之间    c．B-C之间    d．C～D之间
若存在CO₂，则产生CO₂气体的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1．
（5）若C中固体变红，D中固体变蓝，则Q是H₂（填化学式），产生该气体的原因是随着反应的进行，浓硫酸变稀，铁与稀硫酸反应生成氢气．
（6）若某气体可能由CO₂、SO₂、H₂中的一种或多种组成，经测定其中氧的质量分数为50%，则该气体的组成可能为ace（填序号）．
a．SO₂    b．H₂、SO₂   c．H₂、CO₂    d．CO₂、SO₂    e．  CO₂、SO₂、H₂．

Answer 1

分析 【探究一】（1）常温下，铁和浓硫酸发生钝化现象；
（2）①可用铁氰化钾溶液检验亚铁离子；
②根据SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄知，二氧化硫被氧化生成硫酸，硫酸和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，所以2.33g沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，根据S原子守恒得n（BaSO₄）=n（S）=n（SO₂）=0.01mol，标况下二氧化硫体积=0.01mol×22.4L/mol=224mL；
【探究二】装置图分析可知，气体通过高锰酸钾溶液除去二氧化硫，装置B装置干燥气体并吸收二氧化碳、二氧化硫，C装置是还原氧化铜生成铜，D是检验生成的水蒸气，E防止空气中水蒸气进入干扰检验，以此解答该题．

解答 解：（1）常温下，铁和浓硫酸反应生成一层致密的氧化物薄膜而阻止进一步被氧化，该现象为钝化现象，所以将铁钉放入浓硫酸片刻无明显变化的原因是铁钉表面被钝化，故答案为：铁钉表面被钝化；
（2）①a．铁离子和KSCN溶液反应导致溶液呈血红色，但不能确定原来溶液中一定含有亚铁离子，故错误；                  
b．用铁氰化钾溶液与亚铁离子反应生成沉淀，可检验，故正确；
c．盐酸与亚铁离子、铁离子都不反应，故错误；
故选b；　  
②根据SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄知，二氧化硫被氧化生成硫酸，离子方程式为SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，硫酸和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，所以2.33g沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，根据S原子守恒得n（BaSO₄）=n（S）=n（SO₂）=0.01mol，标况下二氧化硫体积=0.01mol×22.4L/mol=224mL，二氧化硫体积分数=$\frac{224mL}{448mL}×100%$=50%，
故答案为：SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；50%；
【探究二】装置图分析可知，气体通过高锰酸钾溶液除去二氧化硫，装置B装置干燥气体并吸收二氧化碳、二氧化硫，C装置是还原氧化铜生成铜，D是检验生成的水蒸气，E防止空气中水蒸气进入干扰检验，
（3）二氧化硫具有还原性，可与高锰酸钾发生氧化还原反应而被除去，可观察到A中溶液颜色变浅，
故答案为：溶液颜色变浅；除去二氧化硫并检验二氧化硫是否除尽；
（4）为检验二氧化碳，可在用碱石灰除杂之前用澄清石灰水检验，则M应放在A～B之间，生成二氧化碳的反应为反应方程式为C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O，有方程式可知反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，
故答案为：b；2：1；
（5）若C中固体变红，D中固体变蓝，说明生成水，则Q是H₂，产生氢气的原因是随着反应的进行，浓硫酸变稀，铁与稀硫酸反应生成氢气，
故答案为：H₂；随着反应的进行，浓硫酸变稀，铁与稀硫酸反应生成氢气；
（6）①现测知该气体中含氧质量分数为50%，而SO₂中氧元素的质量分数正好为：50%，所以该气体有可能是纯净物SO₂
②CO₂中氧元素的质量分数为72.7%比50%大，但如果和一定量的H₂混合，总的氧元素的质量分数就会比72.7%小，可能达到50%，所以该气体有可能是CO₂和H₂的混合物；
③还有可能是三者的混合物，因为SO₂中氧元素的质量分数正好为：50%，与该气体中氧元素的质量分数相同，对总的含氧量不影响；而CO₂和H₂混合，氧元素的质量分数比72.7%小，可能达到50%，所以该气体有可能是SO₂、H₂、CO₂的混合物；
④如果是SO₂和H₂混合；或单独是H₂，氧元素的质量分数就会比50%小；如果是SO₂和CO₂混合；或单独是CO₂氧元素的质量分数比72.7%大，所以都不符合，则有三种情况：①SO_2：②CO₂和H₂的混合物；③SO₂、H₂、CO₂的混合物满足，即选项ace正确，
故答案为：ace．

点评 本题考查以铁和浓硫酸反应为载体考查性质实验方案设计，侧重考查实验操作、物质检验、离子检验等知识点，明确实验原理及各个装置作用是解本题关键，注意二氧化硫、二氧化碳、水蒸气检验先后顺序，要排除外界因素的干扰，题目难度中等．