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：

(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，充分反应后得到溶液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.NaOH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+2H₂O2HBr+H₂SO₄ 。然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g。由此推知气体Y中SO₂的体积分数为______________。

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___________________。

Answer

常温下浓硫酸使铁钝化 d 66.7% 检验二氧化硫是否除尽 c D中黑色粉末变红，E中白色粉末变蓝

【解析】（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，故选d；②SO2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－1=0.015mol；

SO2 ～BaSO4

1mol 233g

n 2.33g

n=0.01mol

所以二氧化硫的体积分数为：0.01mol/0.015mol×100%=66.7%，故答案为：66.7%；

(3)装置B中试剂的作用是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，故答案为：检验二氧化硫是否除尽；

（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；（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，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；

点睛：本题考查了浓硫酸、二氧化硫的性质及亚铁离子、铁离子的检验等知识点，难度较大，易错题是（4），容易忽略铁钉中的碳而导致该题不会分析。解题关键：（1）常温条件下，铁与浓硫酸能产生钝化现象；（2）根据亚铁离子的性质选取试剂，亚铁离子有还原性，可用强氧化性的物质检验，且必须有明显的实验现象；（3）二氧化硫能使品红溶液褪色，从而检验二氧化硫是否存在；（4）根据铁钉的成分分析，铁钉中的铁和碳在加热条件下都能与浓硫酸发生氧化还原反应；（5）根据二氧化硫和二氧化碳的性质分析选择位置；（6）根据氢气的性质分析，氢气具有还原性，能还原黑色的氧化铜而生成水，水能使白色的无水硫酸铜变蓝；