Question

某研究性学习小组按如图所示装置，设计如下实验，其中C中装的是酸性KMnO₄溶液，D中为品红溶液，E中为浓硫酸。请你帮助完成下列实验报告，并完成一些问题。

(一)实验目的：研究铁与浓硫酸的反应。

(二)实验药品：铁钉、浓硫酸、酸性KMnO₄溶液、品红溶液、CuO、CuSO₄溶液。

(三)实验步骤：

实验步骤	实验现象	结论
①连接好装置，并检查装置的气密性	—	—
②将铁钉加入到烧瓶中，再向其中滴加浓硫酸	未见明显现象	原因：____________
③点燃A、F处的酒精灯	片刻后，烧瓶中溶液的颜色发生变化，并有气泡产生	原因：_____________

(四)完成下列问题：

(1)盛放药品前，检查此装置气密性的操作方法和现象是___________________________。

(2)在装置A中放入有关药品后，打开活塞K，将分液漏斗中的液体加入烧瓶中，关闭分液漏斗的活塞，点燃酒精灯，烧瓶中反应的化学方程式为____________________________。

(3)装置G烧杯中盛放的液体是______________________________________，其作用是__________________________________________________。

(4)装置B的作用是贮存多余的SO₂和防止其污染环境，则B中应盛放的液体是_______。

A.水              B.浓溴水             C.酸性KMnO₄溶液             D.饱和NaHSO₃溶液

(五)实验探究：

在实验过程中，该学生观察到C装置中颜色逐渐变浅，D装置中溶液颜色未见明显变化，再过一段时间后，F装置中CuO粉末由黑色转变为红色，烧杯G中逐渐冒出气泡，此时D装置中溶液颜色仍未见明显变化。

(1)F装置中CuO粉末由黑色转变为红色的原因是________________________________。

(2)为了验证铁钉与浓硫酸在不加热时是否发生反应，可采用的方法是________________。

Answer 1

(三)②铁遇冷的浓硫酸发生钝化，阻止铁与浓硫酸继续反应

③加热使铁表面的氧化物薄膜被破坏并发生反应，溶液中有Fe³⁺生成，并伴随有SO₂气体产生

(四)(1)将G装置中导管口浸没在液面下，关闭分液漏斗活塞，打开K，微热A装置，G装置中导管有气泡冒出；关闭K，B装置中长颈漏斗中液面上升(B瓶中液面下降)，说明装置不漏气

(2)2Fe+6H₂SO₄(浓)Fe₂(SO₄)₃+3SO₂↑+6H₂O

(3)碱液  防止多余的SO₂气体逸出污染环境

(4)D

(五)(1)A装置中浓硫酸在加热的条件下与铁反应逐渐变为稀硫酸，发生置换反应：Fe+H₂SO₄FeSO₄+H₂↑，生成的H₂经过F装置还原氧化铜：CuO+H₂Cu+H₂O

(2)将铁钉放置在冷的浓硫酸中浸泡一段时间后，取出铁钉置于硫酸铜溶液中，观察铁钉表面是否有铜析出。若没有红色的铜析出，则表明在不加热时，铁钉与浓硫酸发生反应，否则铁钉与浓硫酸不发生反应(或其他合理方案)

解析：本题是一道有关浓硫酸的探究性实验题，难点在问题的探究部分。

铁在冷的浓硫酸中能发生钝化，加热时浓硫酸能将铁氧化，反应产生还原性的SO₂，SO₂在水中的溶解度较大，能被溴水和酸性KMnO₄溶液氧化。B装置中通过排液体贮存SO₂应该选用饱和NaHSO₃溶液。装置C是用来除去SO₂的，装置D是用来检验SO₂是否除尽的，装置E是用来吸收水蒸气的。实验中D中的品红溶液未明显褪色，说明没有SO₂进入装有CuO的玻璃管，使CuO被还原的气体只能是H₂，由此可以想到实验中浓硫酸变成了稀硫酸。

若铁与浓硫酸在不加热时发生反应，因钝化会使铁的表面形成致密的氧化物保护膜，铁将不能与CuSO₄等发生置换反应；反之能与CuSO₄等发生置换反应。据此可设计实验方案。