Question

工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。为研究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：

【探究一】

（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

（2）另称取铁钉6．0 g放入15．0 mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。

①甲同学认为X中除Fe^3＋外还可能含有Fe^2＋。若要确认其中的Fe^2＋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．KMnO₄酸性溶液

②乙同学取336 mL（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2.33 g。由此推知气体Y中SO₂的体积分数为                      。

【探究二】

分析上述实验中SO₂体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含有H₂和Q气体。为此设计了下列探究实验装置（图中夹持仪器省略）。

 

（3）装置B中试剂的作用是

（4）认为气体Y中还含有Q的理由是                     （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____________（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__________________

（7）若要测定336mL气体中H₂的含量（标准状况下约有28 mL H₂），可否用托盘天平称量D或E反应前后的质量差的方法做出判断?并说明理由

Answer

（1）铁钉表面被氧化；（2）①d；②66．7%；（3）检测二氧化硫是否除尽；（4）C+2H2SO4（浓）CO2↑+2SO2↑+2H2O；（5）c；（6）D中固体由黑色变红和E中固体由白变蓝；（7）否，用托盘天平无法称量D或E的差量。

【解析】

试题分析：（1）浓硫酸具有强氧化性，与铁发生钝化反应，使铁表面产生一层致密氧化薄膜，阻碍反应进行，因此原因是铁钉表面被氧化；（2）①Fe2＋以还原性为主，溶液中含有Fe3＋，不能用KSCN溶液进行验证，因此用高锰酸钾溶液，如果酸性高锰酸钾溶液褪色，说明含有Fe2＋，故选项d正确；②生成2.33g沉淀，此沉淀为BaSO4，根据硫元素守恒，n（SO2）=n（BaSO4）=2.33/233mol=0.01mol，SO2的体积分数=0.01×22.4/336×10－3×100%=66.7%；（3）因为SO2以还原性为主，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，因此装置A的作用是除去SO2，装置B的作用是验证SO2是否被完全除尽；（4）铁钉是碳素钢，除含有铁外，还含有C，碳在加热时可以和浓硫酸发生反应，C＋2H2SO4（浓） CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，因此Q为CO2；（5）根据实验目的，需要验证CO2的存在，验证CO2需要用澄清石灰水，如果石灰水变浑浊，说明含CO2，但注意SO2也能使澄清石灰水变浑浊，因此放在B－C间，故选项c正确；（6）D装置是用氢气还原氧化铜，H2＋CuOH2O＋Cu，D装置中黑色变红，E中白色边蓝；（7）28mLH2参加反应生成H2O的质量为=28×10－3×18/22.4g=0.0225g，托盘天平精确度是0.1g，因此不能用托盘天平称量D或E反应前后的质量差。

考点：考查铁和浓硫酸的反应、Fe2＋的检验、化学计算、碳和浓硫酸的性质、SO2的性质、实验仪器精确度等知识。