Question

20．为研究浓硫酸的性质，某同学进行如下实验：
（1）称取铁和碳固体混合物12.0g放入30.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y．取896mL（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，经适当操作后得到干燥固体4.66g．据此推知气体Y 中SO₂的体积分数为50%．
（2）分析上述实验中SO₂体积分数的结果，该同学认为气体Y中还可能含有H₂和CO₂气体．为此设计了下列探究实验装置（图中夹持仪器省略）．

①写出产生CO₂的化学方程式C+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂+2SO₂+2H₂O．
②装置A中试剂的作用是②除去SO₂，装置B的作用是检验SO₂是否除尽．
③简述确认气体Y中含有CO₂的实验现象B中品红溶液不褪色，C中石灰水变浑浊．如果气体Y中含有H₂，预计实验现象应是E中黑色固体变红色，F中无水硫酸铜由白色变蓝色．

Answer 1

分析 （1）根据反应的方程式SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，利用关系式法解答；
（2）①碳能和浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水；
②二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，可用酸性高锰酸钾除去，为避免空气中水合二氧化碳进入F装置，G装置起到可吸收空气中的水和二氧化碳的作用；
③确认气体Y中含有CO₂，应完全排除二氧化硫的干扰，根据二氧化硫的漂白性解答；氢气具有还原性，能还原性，能还原黑色的氧化铜生成红色的铜单质，同时生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色．

解答 解：（1）SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，所以硫酸钡和二氧化硫之间的关系式为SO₂-----BaSO₄，
设二氧化硫的体积为V，
SO₂-----BaSO₄，
22.4L   233g
V      4.66g
V=0.448l=448mL，所以二氧化硫的体积分数=$\frac{448mL}{896mL}$×100%=50%，
故答案为：50%；
（2）①碳素钢中含有碳，加热条件下，碳能和浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水，反应方程式为C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
②二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，但二氧化硫具有还原性，可与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应，反应的离子方程式为：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
故答案为：除去混合气体中的SO₂；5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
③确认气体Y中含有CO₂，应完全排除二氧化硫的干扰，当B中品红溶液不褪色，C中石灰水变浑浊，可说明含有CO₂；
氢气具有还原性，能还原性，能还原黑色的氧化铜生成红色的铜单质，同时生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色，这是检验水的特征反应，所以如果D中氧化铜变红，E中无水硫酸铜变蓝，则证明含有氢气，
故答案为：B中品红溶液不褪色，C中石灰水变浑浊；E中黑色固体变红色，F中无水硫酸铜由白色变蓝色．

点评 本题考查了浓硫酸的性质、二氧化硫的性质、常见物质的检验等知识点，题目难度中等，注意掌握浓硫酸、二氧化碳的化学性质，明确二氧化硫的检验方法，试题培养了学生的化学实验能力．