Question

1．某化学学习小组为了解硫酸及其盐的某些性质和用途，进行了如下实验探究．
【实验一】探究浓硫酸的氧化性：（图1）

（1）写出烧瓶中反应的化学方程式：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）B装置可用于探究SO₂的还原性，则B中所用的试剂为：高锰酸钾溶液、氯水、溴水、氯化铁溶液等（任写一种即可）；若B装置是品红溶液，则B中的现象是品红溶液褪色．
【实验二】检验（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O中的金属离子：（图2）
（3）请结合化学用语和必要的文字说明如何检验出其中的金属离子（试剂、原理、现象等）：取少许于试管中，配成溶液，滴加K₃[Fe（CN）₆]溶液，发生反应：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，有蓝色沉淀生成[或滴加KSCN溶液无明显现象，再滴加新制的氯水，变为红色，反应为：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-，Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃；或滴加NaOH溶液产生白色沉淀：Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓，并迅速变为灰绿色，最终变为红褐色：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃]
【实验三】用KHSO₄制取H₂O₂并测其质量分数：
查阅资料得知：工业上用如下原理制取制取H₂O₂：（图2）
现用此法制取一定浓度的H₂O₂，并测定H₂O₂的质量分数．
已知：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑
①取10.00mL H₂O₂溶液（密度为1.00g/mL）置于锥形瓶中加水稀释，并加稀硫酸酸化；
②用0.200 0mol/L KMnO₄溶液滴定；
③用同样方法滴定四次，消耗KMnO₄溶液的体积分别为：40.00mL、39.98mL、42.02mL、40.02mL．
（4）用该原理制取H₂O₂的阳极电极反应式为2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-．
（5）进行操作②时，滴入第一滴KMnO₄溶液，溶液的紫红色消失很慢，随着滴定的进行，溶液的紫红色消失速率加快，推测其原因可能是Mn²⁺作催化剂，加快反应速率．
（6）此H₂O₂溶液中溶质的质量分数为6.8%．

Answer 1

分析 【实验一】（1）烧瓶中发生反应为Cu与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫与水；
（2）B装置可用于探究SO₂的还原性，则B中所用的试剂应具有强氧化性；若B装置是品红溶液，二氧化硫具有漂白性，使品红溶液褪色；
【实验二】（3）含有金属离子为Fe²⁺，可以用K₃[Fe（CN）₆]溶液检验，或者用KSCN溶液、新制的氯水检验，或者利用氢氧化亚铁转化为氢氧化铁特殊现象检验；
【实验三】（4）由图2可知，电解饱和KHSO₄溶液生成氢气与S₂O₈^2-，阳极发生氧化反应，SO₄^2-在阳极放电生成S₂O₈^2-；
（5）发生反应：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑，随反应进行溶液中Mn²⁺浓度增大，可能是Mn²⁺起催化剂作用；
（6）消耗酸性高锰酸钾溶液体积中42.02mL与其它数据相差较大，应舍弃，计算其它三次体积的平均值为消耗酸性高锰酸钾溶液的体积，根据2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑计算10mL过氧化氢溶液中H₂O₂的质量，进而计算其质量分数．

解答 解：【实验一】（1）烧瓶中发生反应为Cu与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫与水，化学反应方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）B装置可用于探究SO₂的还原性，则B中所用的试剂应具有强氧化性，如：高锰酸钾溶液、氯水、溴水、氯化铁溶液等；若B装置是品红溶液，二氧化硫具有漂白性，品红溶液褪色，
故答案为：高锰酸钾溶液、氯水、溴水、氯化铁溶液等；品红溶液褪色；
【实验二】（3）含有金属离子为Fe²⁺，可以用K₃[Fe（CN）₆]溶液检验，或者用KSCN溶液、新制的氯水检验，或者利用氢氧化亚铁转化为氢氧化铁特殊现象检验，具体实验方案为：取少许于试管中，配成溶液，滴加K₃[Fe（CN）₆]溶液，发生反应：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，有蓝色沉淀生成[或滴加KSCN溶液无明显现象，再滴加新制的氯水，变为红色，反应为：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-，Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃；或滴加NaOH溶液产生白色沉淀：Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓，并迅速变为灰绿色，最终变为红褐色：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃ ]，
故答案为：取少许于试管中，配成溶液，滴加K₃[Fe（CN）₆]溶液，发生反应：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，有蓝色沉淀生成[或滴加KSCN溶液无明显现象，再滴加新制的氯水，变为红色，反应为：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-，Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃；或滴加NaOH溶液产生白色沉淀：Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓，并迅速变为灰绿色，最终变为红褐色：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃]；
【实验三】（4）由图2可知，电解饱和KHSO₄溶液生成氢气与S₂O₈^2-，阳极发生氧化反应，SO₄^2-在阳极放电生成S₂O₈^2-，电极反应式为：2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-，
故答案为：2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-；
（5）发生反应：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑，随反应进行溶液中Mn²⁺浓度增大，可能是Mn²⁺起催化剂作用，加快反应速率，
故答案为：Mn²⁺作催化剂，加快反应速率；
（6）消耗酸性高锰酸钾溶液体积中42.02mL与其它数据相差较大，应舍弃，消耗酸性高锰酸钾溶液的体积为（40.00mL+39.98mL+40.02mL）÷3=40.00mL，根据2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑可知，10mL过氧化氢溶液中H₂O₂的质量为：0.04L×0.200 0mol/L×$\frac{5}{2}$×34g/mol=0.68g，H₂O₂溶液的质量为10mL×1.00g/mL=10g，故H₂O₂溶液中溶质的质量分数为$\frac{0.68g}{10g}$×100%=6.8%，
故答案为：6.8%．

点评 本题考查实验方案设计、物质性质探究、电解原理、氧化还原反应滴定等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础上与灵活运用知识的能力，难度中等．