Question

【题目】为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组用碳素钢(即铁和碳的合金)进行了以下探究活动：

探究一：

（1）将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢-含杂质碳)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）称取碳素钢6.0g放入15.0ml浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到混合气体Y。

①甲同学认为X中除Fe3+之外还可能含有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560mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中，发生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4反应，然后加入足量BaCl2溶液，经适当操作后得干燥固体4.66g。由此推知气体Y中SO2的体积分数的方法为_________________________________。

探究二：根据上述实验中SO2体积分数（80%）的分析，丙同学认为气体Y中还可能含有氢气和二氧化碳两种气体，为此设计了下列探究实验装置(假设有关气体完全反应)

（3）装置B中试剂的作用是_______________________________________；

（4）分析Y气体中的CO2气体是如何生成的______(用化学方程式表示)。

（5）已知洗气瓶M中盛装澄清石灰水，为确认CO2的存在，需在装置中添加洗气瓶M于____________(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_______________________。

Answer 1

【答案】 铁在冷的浓硫酸中钝化，表面生成致密氧化膜 D 根据沉淀的量计算出二氧化硫的量再计算出体积分数 确认二氧化硫已经除尽 C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O C D中氧化铜变红，E中无水硫酸铜变蓝

【解析】（1）铁在冷的浓硫酸中钝化，表面形成一层致密的氧化物薄膜，阻止了铁与铜离子间的置换反应发生； 正确答案：铁在冷的浓硫酸中钝化，表面生成致密氧化膜。

（2）①检验Fe3+中是否含有Fe2+，加入KSCN溶液，Fe3+与SCN-反应使溶液变红，无法检验Fe2+是否存在，A错误；加入铁粉，把Fe3+还原为Fe2+，而Fe2+与KSCN溶液没有现象出现，不能检验Fe2+，B错误；加入浓氨水，生成氢氧化铁红褐色沉淀干扰了亚铁离子产生的沉淀，无法确定是否存在Fe2+，C错误；加入酸性KMnO4溶液，把Fe2+氧化为Fe3+，酸性KMnO4溶液紫色褪去，而酸性KMnO4溶液不能氧化Fe3+，方法可取，D正确；正确选项D。

②已知SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4反应，硫酸与BaCl2溶液反应生成硫酸钡沉淀4.66g，即0.02mol；根据硫原子守恒规律n(BaSO2)=n(H2SO4)= n(SO2)=0.02 mol,混合气体共有560mL(标准状况)即0.025 mol，气体Y中SO2的体积分数0.02/0.025×100%=80%；综上可以根据沉淀的量计算出二氧化硫的量再计算出体积分数；正确答案：根据沉淀的量计算出二氧化硫的量再计算出体积分数。

（3）酸性高锰酸钾溶液氧化SO2气体，目的要除去SO2气体，而装置B中的品红溶液是检验SO2气体是否除尽；正确答案：确认二氧化硫已经除尽。

（4）碳素钢中含有杂质碳，它与浓硫酸加热反应生成二氧化碳、二氧化硫和水；化学方程式：C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O；正确答案：C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O。

（5）SO2气体除尽后，应在B-C间加入盛装澄清石灰水的洗气瓶M，如果石灰水变浑浊，证明有CO2的存在；然后把气体通过碱石灰的干燥管进行干燥，进行氢气检验实验；正确答案：C。

（6）SO2气体除尽后，应在B-C间加入盛装澄清石灰水的洗气瓶M，如果石灰水变浑浊，证明有CO2的存在；然后把气体通过碱石灰的干燥管进行干燥，气体进入装置D中，利用氢气的还原性还原氧化铜，黑色固体变成红色，无水硫酸铜变为蓝色，说明确实有氢气存在；正确答案：D中氧化铜变红，E中无水硫酸铜变蓝。