Question

【题目】工业上常用铁质容器盛装冷的浓硫酸。某兴趣小组的同学发现：将一定量的生铁与浓硫酸加热时，观察到固体能完全溶解，并产生大量气体。为探究反应后的产物，请你协助他们完成相关的实验。

[探究一]

（1）将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷的浓硫酸中，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________________________。

（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+。若要判断溶液X中是否含有Fe2+，应选用________(填序号)。

a．KSCN溶液和氯水 b．K3[Fe(CN)6]溶液 c．浓氨水 d．酸性KMnO4溶液

②乙同学将336mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中，发现溶液颜色变钱，试用化学方程式解释溴水颜色变浅的原因：__________________________________________________________，然后向反应后的溶液中加入足量BaCl2溶液，经适当操作得干燥固体2.33g。由此推知气体Y中SO2的体积分数为_________。

[探究二]

分析上述实验中SO2体积分数的结果，两同学认为气体Y中还可能含有H2和Q气体。为此设计如图所示探究实验装置(图中夹持仪器省略)。

（3）装置A中发生反应的离子方程式为_____________________，装置B中试剂的作用是____________。

（4）认为气体Y中还含有气体Q的理由是_____________________________(用化学方程式表示)。

为了进一步确认Q的存在，需在装置中添加装置M于_________(填序号)，M中所加试剂为_________。

a．A～B之间 b．B～C之间 c．C～D之间 d．E～F之间

（5）利用上述实验装置进一步确认气体Y中是否含有H2，为达到预期的实验目的，加热前称量装置D的总质量为mg，当通入336mL(标准状况)气体Y完全反应后，继续通入氮气至装置D冷却到室温，称量装置D的质量为ng，则原混合气体中H2的体积分数为__________。(用含相关字母的代数式表示)

Answer 1

【答案】 铁钉表面被钝化 bd SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4 66.7% 2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+ 检验SO2是否除尽 C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O b Ca(OH)2或Ba(OH)2 ×100%

【解析】(1)铁钉放入冷硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化阻止反应进一步进行，

故答案为：铁钉表面被氧化；

(2)①溶液中已经有三价铁离子，选择a会造成干扰，b能检验二价铁离子的存在，选c生成两种沉淀，受氢氧化铁沉淀颜色的影响无法分辨，d中亚铁离子能使酸性高锰酸钾褪色，故选bd；

②SO2具有还原性，通入足量溴水中，发生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，生成的硫酸遇到氯化钡会产生白色沉淀，则n(混合气体)= =0.015mol；根据SO2 ～BaSO4，n(SO2)=n(BaSO4)= =0.01mol，所以二氧化硫的体积分数为： ×100%=66.7%，故答案为：SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4；66.7%；

(3)A中高锰酸钾能够将二氧化硫氧化，除去二氧化硫，反应的离子方程式为2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+，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：2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+；检验二氧化硫是否除尽；

(4)在加热时，铁钉中不仅铁和浓硫酸反应，碳也和浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水，反应方程式为C+2H2SO4(浓硫酸)CO2 ↑+2SO2↑+2H2O，所以气体二氧化硫还含有二氧化碳，Q为二氧化碳，二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水变浑浊，确认二氧化碳的存在，需要除去二氧化硫，但不能影响二氧化碳，AB装置除去了二氧化硫并检验二氧化硫完全除去，因此可以在B～C之间添加盛有澄清石灰水的检验二氧化碳，故答案为：C+2H2SO4(浓硫酸)CO2 ↑+2SO2↑+2H2O；b；Ca(OH)2或Ba(OH)2；

(5)336mL(标准状况)气体的物质的量==0.015mol，装置D中发生氢气还原氧化铜的反应，生成的水被E和F吸收，完全反应后氧化铜转化为铜，失去的氧元素的质量为(m-n)g，物质的量为=mol，因此混合气体中含有氢气mol，则原混合气体中H2的体积分数为×100%=×100%，故答案为： ×100%。