Question

15．某铁质容器材料为碳素钢，可盛装冷浓硫酸．为研究该材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下实验：
取5.60g该材料放入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）为分析溶液中的成分，甲组通过实验确定X中一定含Fe³⁺，但还可能有Fe²⁺，为确定是否含有Fe²⁺，可另取溶液加入BD（填序号）
A．KSCN溶液和氯水  B．K₃[Fe（CN）₆]溶液   C．NaOH溶液  D．酸性KMnO₄ 溶液
（2）为分析气体中的成分，乙组将560mL （标准状况）气体Y通入足量溴水，然后向该溶液中加入足量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40.0%
（3）提出猜想：乙组根据上述SO₂体积分数，分析Y中还可能有其它气体，并作如下猜想：
猜想一：其它气体中只有H₂；猜想二：其它气体中只有CO₂；猜想三：其它气体中只有H₂和CO₂
（4）验证猜想：设计用如图装置进行探究 （部分装置可重复使用，夹持仪器省略）
     
①实验装置连接顺序为ABCFEDF
②装置B中试剂作用为检验SO₂是否除尽
③若猜想一成立，预测实验现象为（石灰水不浑浊）D中固体由白色变蓝色、E中固体由黑色变红色．

Answer 1

分析 （1）实验室在检验Fe²⁺时，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）碳素钢中碳与浓硫酸反应可生成二氧化碳，硫酸浓度减小，稀硫酸与铁反应生成氢气；
（4）根据二氧化碳和二氧化硫的性质来检验其存在，二氧化碳检验之前要先把二氧化硫除净．

解答 解：（1）+2价亚铁离子能使酸化的高锰酸钾褪色，可与K₃[Fe（CN）₆]溶液发生反应生成蓝色沉淀，故答案为：BD；
（2）SO₂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，可以先洗涤然后再过滤来获得纯净的硫酸钡沉淀，则n（混合气体）=$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$≈0.025mol，
SO₂ ～BaSO₄
1mol    233g
n       2.33g
n=0.01mol
则 SO₂的体积分数：$\frac{0.01}{0.025}$×100%≈40%，
故答案为：40.0%；
（3）碳素钢中碳与浓硫酸反应可生成二氧化碳，硫酸浓度减小，稀硫酸与铁反应生成氢气，则猜想一：其它气体中只有H₂；猜想二：其它气体中只有CO₂；猜想三：其它气体中只有H₂ 和CO₂，
故答案为：其它气体中只有CO₂；其它气体中只有H₂ 和CO₂；
（4）①推断所的气体中可能含有二氧化碳，结合图中设计装置的目的，可知检验二氧化碳的方法是首先将二氧化硫除去→确认二氧化硫已经完全除去→澄清石灰水，对于氢气的检验则可通过与灼热氧化铜的反应现象和对产物水的验证来实现，验证气体存在的顺序为：SO₂→CO₂→CO和H₂被氧化→H₂O→CO₂，实验中要避免其它物质的性质干扰，顺序为ABCFEDF，故答案为：ABCFEDF；
②二氧化硫可使品红褪色，可用B检验SO₂是否除尽，故答案为：检验SO₂是否除尽；
③若含有氢气，则（石灰水不浑浊）D中固体由白色变蓝色、E中固体由黑色变红色，故答案为：（石灰水不浑浊）D中固体由白色变蓝色、E中固体由黑色变红色．

点评 本题考查性质实验方案设计，为高考常见题型，侧重于学生的分析、实验能力的考查，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．