Question

襄阳五中某化学兴趣学习小组设计实验探究金属M与浓硫酸反应的气体产物．
【提出假设】假设1：气体产物只有SO₂；       假设2：

 

．
【实验设计】为了探究金属M与浓硫酸反应产物，设计如图实验装置：一定量的浓硫酸与金属M反应．

（1）检查上述装置气密性的一种方法是：关闭分液漏斗的活塞，在H装置后面连上一根导管，然后

 

，则证明装置的气密性良好．
（2）若B瓶里品红溶液褪色，E、F和G中都无明显现象．反应后硫酸盐中金属显+2价．写A中发生反应的化学方程式：

 

；
（3）若假设2正确，则可观察到：F管中

 

；G干燥管里

 

．
【实验反思】为了进一步探究金属M成分和气体组分，进行如下实验：
称取11.2g金属M放入装置A中，加入一定量的浓硫酸，反应结束后，B瓶里品红溶液褪色，金属没有剩余，拆下G并称重，G增重0.9g．
（4）为了观察溶液颜色，实验完毕后，需要稀释烧瓶里溶液．稀释烧瓶里溶液的操作方法：

 

．
（5）将稀释后的溶液分装甲、乙试管，向甲试管里滴加KSCN溶液，溶液变红色；向乙试管里滴加酸性高锰酸钾溶液，振荡，溶液紫色褪去．如果烧瓶溶液中金属离子浓度相等，则气体成分及物质的量为

 

．试写出烧瓶里发生反应的总化学方程式

 

．

Answer 1

考点：浓硫酸的性质实验

专题：氧族元素

分析：金属与浓硫酸反应，开始生成的是二氧化硫，如果金属过量，浓硫酸变成稀硫酸后，如果金属较活泼，则可能还生成氢气；
（1）根据检验装置气密性的采用方法进行解答；
（2）M在盐中为+2价，根据类比铜与浓硫酸的反应写出M与浓硫酸反应的化学方程式；
（3）如果产生的气体中含有氢气，氢气能够还原氧化铜反应生成水，根据检验水的常用方法解答；
（4）反应物中有浓硫酸，根据稀释浓硫酸的方法进行解答，注意稀释前先冷却，然后将混合液加入烧杯中；
（5）根据反应现象判断M为铁，然后根据题中数据计算出铁离子、亚铁离子的物质的量，然后根据质量守恒定律、电子守恒分别计算出生成氢气、二氧化硫物质的量，最后写出反应的化学方程式．

解答： 解：当金属过量时，且金属较活泼则生成的气体中可能含有氢气，所以假设2为：气体产物有SO₂和H₂ ，故答案为：气体产物有SO₂和H₂ ；
（1）检查上述装置气密性的一种方法是：关闭分液漏斗的活塞，在H装置后面连上一根导管，然后将导气管插入盛有水的水槽中，微热烧瓶，若导气管冒气泡，停止加热有一段水柱上升，则说明装置的气密性良好，
故答案为：将导气管插入盛有水的水槽中，微热烧瓶，若导气管冒气泡，停止加热有一段水柱上升；
（2）反应后硫酸盐中金属显+2价，类比铜与浓硫酸的反应，M与浓硫酸反应的化学方程式为：M+2H₂SO₄（浓）

△   .

MSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：M+2H₂SO₄（浓）

△   .

MSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（3）如果F管中黑色粉末变成红色、G中白色的无水硫酸铜变成蓝色，说明二氧化硫中混有氢气，从而证明假设2正确，
故答案为：黑色粉末变成红色；白色粉末变为蓝色；
（4）可以类比稀释浓硫酸的方法进行操作，方法为：先将烧瓶中混合溶液冷却，再将混合液慢慢加入盛水的烧杯里，并不断搅拌，
故答案为：先将烧瓶中混合溶液冷却，再将混合液慢慢加入盛水的烧杯里，并不断搅拌；
（5）向甲试管里滴加KSCN溶液，溶液变红色，说明金属M为Fe；G增重0.9g，0.9g为水的质量，则氢气的物质的量为：n（H₂）=n（H₂O）=

0.9g

18g/mol

=0.05mol；1.2g铁的物质的量为：n（Fe）=

11.2g

56g/mol

=0.2mol；向乙试管里滴加酸性高锰酸钾溶液，振荡，溶液紫色褪去，说明溶液中含有亚铁离子，烧瓶溶液中金属离子浓度相等，则铁离子和亚铁离子的物质的量相等，n（Fe²⁺）=n（Fe³⁺）=0.1mol，根据电子守恒，生成二氧化硫的物质的量为：n（SO₂）=

0.1mol×2+0.1mol×3-0.05mol×2

2

=0.20mol，铁与硫酸反应的化学方程式为：4Fe+9H₂SO₄（浓）

△   .

2FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4SO₂↑+H₂↑+8H₂O，
故答案为：SO₂：0.20mol；H₂：0.05mol；4Fe+9H₂SO₄（浓）

△   .

2FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4SO₂↑+H₂↑+8H₂O．

点评：本题考查了浓硫酸的化学性质、氧化还原反应的计算、化学方程式的书写等知识，题目难度较大，试题涉及的知识点较大，题量较大，充分考查了学生对所学知识的掌握情况，注意明确浓硫酸的化学性质及浓硫酸与金属反应的原理．