Question

19．某学习小组用碳素钢进行了以下探究活动：
探究一：
（1）将已去除表面氧化膜的碳素钢钉放入冷浓硫酸中，10min后将钢钉浸入CuSO₄溶液中，钢钉表面无明显变化，其原因是铁被浓硫酸钝化．
（2）称取6.0g碳素钢放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到混合气体Y．
①甲同学认为X中除Fe³⁺之外还可能含有Fe²⁺，若要确认是否含有Fe²⁺，可选用CD（选填序号）
A KSCN溶液B浓氨水　　C酸性KMnO₄溶液　　　D K₃[Fe（CN）₆]溶液
②乙同学取560mL（标准状况）干燥气体Y通入足量溴水中，然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得到干燥固体4.66g，由此可知Y中含硫化合物Q₁的体积分数为80%．
探究二：丙同学认为气体Y中还可能含有Q₂、Q₃两种气体（相同条件下Q₁、Q₂、Q₃气体的密度依次减小）．为此，设计了下列装置进行实验探究（假设有关气体完全反应）．

（3）装置B中试剂的作用是确认SO₂已被除尽．
（4）已知洗气瓶M中盛装的是澄清石灰水，为确认Q₂的存在，洗气瓶M的位置应在B与C之间，产生Q₂的反应的化学方程式为C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
（5）确认含有气体Q₃的实验现象是D中固体由黑变红，E中固体由白变蓝，产生Q₃的反应的离子方程式为Fe+2H⁺=Fe²⁺+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亚铁离子具有还原性，能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色；溶液中存在Fe²⁺，滴入K₃[Fe（CN）₆]溶液有蓝色沉淀生成；
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4.66g沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{m}{M}$=0.02mol，根据S原子守恒得n（BaSO₄）=n（S）=n（SO₂）=0.02mol；
探究二：铁钉（碳素钢）中含有C元素，碳与浓硫酸在加热条件下发生反应生成二氧化碳、二氧化硫和水，反应方程式为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，在加热条件下，浓硫酸与Fe反应生成Fe³⁺，当溶液浓度减小时，硫酸氧化性减弱，生成Fe²⁺，反应的离子方程式为Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，酸性高锰酸钾溶液能够氧化二氧化硫，会干扰后续检验，所以装置A：酸性高锰酸钾溶液的作用是除去混合气体中的SO₂，二氧化硫能漂白品红，装置B：确认SO₂已被除尽，装置C：干燥气体，防止干扰E中物质的检验，氢气具有还原性，在加热条件下，能将黑色的CuO还原为红色的Cu，且生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色，所以如果Y中含有氢气，预计实验现象是D中固体由黑变红，E中固体由白变蓝，空气中含有水蒸气和二氧化碳，影响氢气、二氧化碳的检验，所以F装置作用是防止空气中的CO₂和水蒸气进入装置E中．
（3）二氧化硫能漂白品红，所以品红溶液能检验二氧化硫存在；
（4）碳和浓硫酸反应生成二氧化碳，所以Q为CO₂，二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，所以应该在排除二氧化硫条件下将气体通入澄清石灰水中检验二氧化碳；
（5）氢气具有还原性，在加热条件下，能将黑色的CuO还原为红色的Cu，且生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色；在加热条件下，浓硫酸与Fe反应生成Fe³⁺，当溶液浓度减小时，硫酸氧化性减弱，生成Fe²⁺．

解答 解：探究一：（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：铁被浓硫酸钝化；
（2）①A．铁离子和KSCN溶液反应导致溶液呈血红色，亚铁离子不能，不能确定原来溶液中一定含有亚铁离子，故A错误；
B．浓氨水和亚铁离子反应生成氢氧化亚铁沉淀，氢氧化亚铁能被氧化生成氢氧化铁红褐色沉淀，不能确定溶液中一定含有亚铁离子，故B错误；
C．亚铁离子具有还原性，能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以可以用酸性高锰酸钾溶液检验亚铁离子，故C正确；
D．加入K₃[Fe（CN）₆]溶液，溶液生成蓝色沉淀，反应的离子方程式为Fe²⁺+[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，所以可以用K₃[Fe（CN）₆]溶液检验亚铁离子，故D正确；
故选CD；　
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）=$\frac{m}{M}$=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.02mol，根据S原子守恒得n（BaSO₄）=n（S）=n（SO₂）=0.02mol，标况下二氧化硫体积=0.02mol×22.4L/mol=228mL，二氧化硫体积分数=$\frac{448mL}{560mL}$×100%=80%，
故答案为：80%；
探究二：（3）二氧化硫能漂白品红，即品红溶液能检验二氧化硫存在，所以该装置的作用是确认SO₂已被除尽，
故答案为：确认SO₂已被除尽；
（4）碳和浓硫酸反应C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，生成二氧化碳，所以Q为CO₂，二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，所以应该在排除二氧化硫条件下将气体通入澄清石灰水中检验二氧化碳，所以洗气瓶M的位置应在B与C之间，
故答案为：B与C之间；C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）氢气具有还原性，在加热条件下，能将黑色的CuO还原为红色的Cu，且生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色，所以如果Y中含有氢气，预计实验现象是D中固体由黑变红，E中固体由白变蓝，在加热条件下，浓硫酸与Fe反应生成Fe³⁺，当溶液浓度减小时，硫酸氧化性减弱，生成Fe²⁺，反应的离子方程式为Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
故答案为：D中固体由黑变红，E中固体由白变蓝；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．

点评 本题考查性质实验方案评价，为高频考点，明确实验原理是解本题关键，知道每个装置可能发生的反应及其作用，难点是判断碱石灰作用，题目难度中等．