Question

工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸．为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，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⁺．写出生成Fe²⁺所有可能的离子反应方程式：______．若要确认其中有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336ml（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应的化学方程式为：______．然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g．由于此推知气体Y中SO₂的体积分数为______．

Answer 1

【答案】分析：（1）铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化；
（2）①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⁺；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．
解答：解：（1）铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，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：铁表面被钝化；
（2）①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↑，如硫酸完全消耗，且铁过量时，还会发生
Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，+2价亚铁离子能使酸化的高锰酸钾褪色，溶液中已经有+3价铁离子，选择a会造成干扰，选b只能检验溶液中含有+3价铁离子，选c会造成两种沉淀，受氢氧化铁颜色的影响无法辨别，只能选d，故答案为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑； Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；d；
②SO₂具有还原性，通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，
n（混合气体）==0.015mol，
SO₂→BaSO₄
1mol   233g
n      2.33g
n=0.01mol
则 SO₂的体积分数：=66.7%，
故答案为：SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄；66.7%．
点评：本题综合考查元素化合物知识、提出假设并设计实验方案的能力和文字表达能力，开放性较强，涉及：浓硫酸的强氧化性，C、S与Fe及其化合物的性质，题目难度中等．