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6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液X并收集到气体Y。

①甲同学认为X中除Fe³⁺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336mL（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2.33g。由于此推知气体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中还可能含少量的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___________。

Answer

其原因是铁钉表面被钝化（或其它合理答案）。 应选用 d 选填序号）。 SO2的体积分数为66.7%（或其它合理答案）。 装置B中试剂的作用是检验SO2是否除尽。 理由是C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。 添加M于 c （选填序号）。 预计实验现象应是D中固体由黑变红和E中固体由白变蓝。

【解析】试题分析：（1）铁钉放入冷硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化阻止反应进一步进行。

（2）①亚铁离子能使酸性高锰酸钾褪色，溶液中已经有三价铁离子，选择a会造成干扰；b能检验三价铁离子的存在；选c生成两种沉淀，受氢氧化铁沉淀颜色的影响无法分辨；Fe2+与酸性KMnO4溶液发生氧化还原反应，Fe2+能使酸性KMnO4溶液褪色，故选d； SO2具有还原性，通入足量溴水中，发生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，生成的硫酸遇到氯化钡会产生白色沉淀，则n（混合气体）=0.336L÷22.4L/mol=0.015mol，根据对应关系：SO2～ BaSO4，

n（SO2）=n（BaSO4）=2.33g÷233g/mol，解得n（SO2）=0.01mol，所以二氧化硫的体积分数为：0.01mol÷0.015mol×100%=66.7%。

（3）A除去二氧化硫，二氧化硫能使品红溶液褪色，所以B可以检验A中是否完全除去二氧化硫。

（4）在加热时，铁钉中不仅铁和浓硫酸反应，碳也和浓硫酸反应生成生成二氧化硫、二氧化碳和水，反应方程式为：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O

（5）Q为二氧化碳，二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水变浑浊，选择a或b受二氧化硫的影响无法判断二氧化碳的存在，选d时二氧化碳被碱石灰吸收，B－C间加入澄清石灰水可检验CO2，故选c。

（6）氢气还原氧化铜会生成水蒸气能使白色的硫酸铜粉末变蓝色，同时有红色的铜单质生成，故答案为：D中固体由黑色变红和E中固体由白变蓝。

考点：本题考查实验方案的设计与评价、化学计算、化学方程式的书写。