Question

为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组用碳素钢(即含C元素0.03%~2.0%铁合金)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）取碳素钢6.0 g于15.0 mL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Fe^3＋外还可能有Fe^2＋。若要确认其中的Fe^2＋，应选用____。

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560 mL(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4.66 g。由此推知气体Y中SO₂的体积分数为________。

[探究二]根据上述实验中SO₂体积分数的分析，丙同学认为气体Y中还可能含有Q₁和Q₂两种气体，其中Q₁气体，在标准状况下，密度为0.089 3 g·L^－1。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Q₂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Q₂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Q₁，预计实验现象应是____________________。

Answer

（1）铁被钝化

（2）①D ②0.80

（3）检验SO2是否除尽

（4）C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O

（5）C

（6）D中的固体由黑变红、E中的固体由白变蓝（每个要点给1分）

【解析】

试题分析：：（1）常温下，铁遇冷的浓硫酸发生氧化还原反应，在铁表面生成一层致密的氧化物薄膜而阻止了进一步的反应，即发生钝化现象，所以反应片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化；

（2）①亚铁离子具有还原性，而酸性高锰酸钾有氧化性，发生氧化还原反应使高锰酸钾溶液褪色，铁离子和亚铁离子同时存在时，应该用酸性高锰酸钾溶液检验亚铁离子，答案选D。

②SO2+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，则

SO2～～～BaSO4

22.4L 233g

V 4.66g

则：V＝22.4L×4.66g/233g=0.448L，所以二氧化硫的体积分数为：0.448L/0.56L×100%=80%；

（3）二氧化硫能使品红溶液褪色，所以用品红溶液检验二氧化硫是否除尽；

（4）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)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；

（5）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，但二氧化硫还能使品红溶液褪色，所以要检验二氧化碳必须排除二氧化硫的干扰，B装置是检验二氧化硫是否除尽，所以澄清石灰水应放置在B和C之间，即在通入碱石灰之前检验，答案选C。

（6）M是密度最小的气体，所以M是氢气，氢气具有还原性，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。

【考点定位】本题主要是考查性质实验方案的设计与评价

【名师点晴】该题考查的知识点较多，涉及浓硫酸的性质、二氧化硫的性质、常见物质的检验等知识点，侧重于考查学生综合运用化学知识的能力和实验能力，注意常温下铁和冷的浓硫酸不是不反应，而是反应生成了致密的氧化物薄膜而阻止了进一步反应，为易错点。难点是实验方案设计与评价，以及物质的检验等。明确相关物质的性质以及实验原理是解答的关键，有关二氧化硫和二氧化碳的检验需要注意，由于SO2通入石灰水中也能生成白色沉淀。检验和鉴别CO2一般是跟石灰水生成白色沉淀。因此，必须先检验或鉴别SO2，后检验或鉴别CO2。方法如图装置所示：。若A瓶品红溶液褪色，证明混合气体含有SO2。B瓶除去剩余的SO2。C瓶品红溶液不褪色，明SO2已除净。若D瓶生成了白色沉淀，证明原混合气体中含有CO2。