Question

15．工业上常用铁质容器盛装冷浓酸．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Fe表面发生了钝化，生成了一层氧化物膜．
（2）另称取铁钉6.0g放入15.0ml．浓硫酸，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d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：SO₂+Br₂+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．由于此推知气体Y中SO₂的体积分数为66.7%．
分析上述实验中SO₂体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含量有H₂和Q气体．为此设计了下列探究实验状置（图中夹持仪器省略）．

（3）装置B中试剂的作用是验收二氧化硫是否除尽．
（4）认为气体Y中还含有Q的理由是C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O（用化学方程式表示）．
（5）为确认Q的存在，需在装置中添加M于C（选填序号）．
a． A之前      b．A-B间       c．B-C间       d．C-D间
（6）如果气体Y中含有H₂，预计实验现象应是D中黑色变红色，E中白色变蓝色．

Answer 1

分析 （1）常温条件下，铁与浓硫酸能产生钝化现象；
（2）根据亚铁离子的性质选取试剂，亚铁离子有还原性，可用强氧化性的物质检验，且必须有明显的实验现象；
（3）二氧化硫能使品红溶液褪色，从而检验二氧化硫是否存在；
（4）根据铁钉的成分分析，铁钉中的铁和碳在加热条件下都能与浓硫酸发生氧化还原反应；
（5）根据二氧化硫和二氧化碳的性质分析选择位置；
（6）根据氢气的性质分析，氢气具有还原性，能还原黑色的氧化铜而生成水，水能使白色的无水硫酸铜变蓝．

解答 解：（1）铁钉放入冷硫酸中，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：铁钉表面被氧化；
（2）①亚铁离子能使酸性高锰酸钾褪色，溶液中已经有三价铁离子，选择a会造成干扰，b能检验三价铁离子的存在，选c生成两种沉淀，受氢氧化铁沉淀颜色的影响无法分辨，
故选d；
②SO₂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，则n（混合气体）=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol；
SO₂ ～BaSO₄
1mol 233g
n 2.33g
n=0.01mol
所以二氧化硫的体积分数为：$\frac{0.01mol}{0.015mol}$×100%=66.7%，故答案为：66.7%；
（3）A除去二氧化硫，二氧化硫能使品红溶液褪色，所以B可以检验A中是否完全除去二氧化硫，故答案为：检验二氧化硫是否除尽；
（4）在加热时，铁钉中不仅铁和浓硫酸反应，碳也和浓硫酸反应生成生成二氧化硫、二氧化碳和水，反应 方程式为
C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O，故答案为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O；
（5）Q为二氧化碳，二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水变浑浊，选择a或b受二氧化硫的影响无法判断二氧化碳的存在，选d时二氧化碳被碱石灰吸收，故选C；
（6）氢气还原氧化铜会生成水蒸气能使白色的硫酸铜粉末变蓝色，同时有红色的铜单质生成，
故答案为：D中固体由黑色变红和E中固体由白变蓝．

点评 本题考查以铁和浓硫酸反应为载体考查性质实验方案设计，侧重考查实验操作、物质检验、离子检验等知识点，明确实验原理及各个装置作用是解本题关键，注意二氧化硫、二氧化碳、水蒸气检验先后顺序，要排除外界因素的干扰，题目难度中等．