Question

为研究盛装浓硫酸的铁质材料（碳素钢）与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：称取铁钉5.6g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液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⁺．若要确认其中的Fe²⁺，应选用

 

选填序号）．
a．KSCN溶液和氯水   b．铁粉和KSCN溶液     c．浓氨水    d．酸性KMnO₄溶液
②乙同学取448mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生的反应式为：Br₂+SO₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄然后加入足量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

 

．
分析上述实验中SO₂体积分数的结果，同学们认为气体Y中还可能含量有其它气体并作如下猜想：
猜想一：Y气体中可能含有H₂；
猜想二：

 

；
猜想三：

 

．
为验证以上猜想，同学们准备用下列装置设计探究实验（装置可重复使用，夹持仪器省略）．

①实验装置的连接顺序为A→

 

→

 

→F→

 

→

 

→F（填字母）．
②装置B中试剂的作用是

 

．
③猜想一的理由是

 

（用化学方程式表示）．
④）如果猜想一成立，预计实验现象应该是

 

．

Answer 1

分析：①亚铁离子具有还原性，高锰酸钾溶液呈紫色，具有氧化性，可与亚铁离子在酸性条件下反应；
②SO₂气体通入足量溴水中，发生氧化还原反应，后向所得溶液中加入足量BaCl₂溶液，生成硫酸钡沉淀，经过滤、洗涤、干燥后可知SO₂气体的量，计算二氧化硫的体积分数；
分析上述实验中SO₂体积分数的结果，铁和浓硫酸反应生成二氧化硫，随反应进行硫酸浓度减小变为稀硫酸后铁和稀硫酸反应生成氢气，作如下猜想：
猜想一：Y气体中可能含有H₂；
猜想二：Y气体中可能含有CO₂；
猜想三：Y气体中可能含有H₂和CO₂ ；
①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；
②检验CO₂气体的存在应先除去SO₂气体并检验是否除尽；
③气体中如含有H₂，发生的反应为Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑；
④含有H₂，与CuO在加热条件下反应生成铜和水，以此来判断反应现象．

解答：解：①溶液为Fe³⁺和Fe²⁺离子的混合物，加入KSCN溶液和氯水、铁粉和KSCN溶液、浓氨水都不能检验亚铁离子的存在，亚铁离子具有还原性，高锰酸钾溶液呈紫色，具有氧化性，可与亚铁离子在酸性条件下反应二褪色，故答案为：d；
②SO₂气体通入足量溴水中，发生氧化还原反应，后向所得溶液中加入足量BaCl₂溶液，生成硫酸钡沉淀，反应为Br₂+SO₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，经过滤、洗涤、干燥后可知SO₂气体的量，n（SO₂）=n（BaSO₄）=

2.33g

233g/mol

=0.01mol，二氧化硫的体积分数=

0.01mol×22.4L/mol

0.448L

×100%=50%，
分析上述实验中SO₂体积分数的结果，铁和浓硫酸反应生成二氧化硫，随反应进行硫酸浓度减小变为稀硫酸后铁和稀硫酸反应生成氢气，作如下猜想：
猜想一：Y气体中可能含有H₂；
猜想二：Y气体中可能含有CO₂；
猜想三：Y气体中可能含有H₂和CO₂ ；
故答案为：50%；Y气体中可能含有CO₂；Y气体中可能含有H₂和CO₂ ；
①根据铁钉（或碳素钢）中含有碳元素，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，即为B→C→F→E→D，
故答案为：B；C；E；D；
②CO₂气体和SO₂气体都能使澄清石灰水变浑浊，检验CO₂气体的存在应先除去SO₂气体并检验是否除尽，故答案为：检验SO₂是否除尽；
③气体中如含有H₂，发生的反应为Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑，故答案为：Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑；
④含有H₂，与CuO在加热条件下反应生成铜和水，E中固体由黑色氧化铜生成红色铜，D中无色硫酸铜吸水生成五水硫酸铜蓝色晶体，
故答案为：E中固体由黑变红，D中固体由白变蓝色．

点评：本题考查常见气体的检验，题目较为综合，具有一定难度，做题时注意把握物质的性质是解答本题的关键，特别是要排除其它物质的干扰．