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(即铁和碳的合金)进行了以下探究活动：

【探究一】

（1）常温下，工业上用铁质容器盛放冷的浓硫酸，其原因是_____________。

（2）称取碳素钢6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到混合气体Y。

① 甲同学认为X中除Fe³⁺之外还可能含有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560mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中，发生如下反应：

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4.66g。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0.0893g·L^-1。为此设计了下列探究实验装置（图中夹持仪器省略，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）为确认Q₂的存在，需在装置中添加洗气瓶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Q₁，预计实验现象应是____________________。

Answer

铁表面被钝化 d 0.80 检验SO2是否除尽 C+2H2SO4CO2↑+2SO2↑+2 H2O C D中的固体由黑变红和E中固体由白变蓝

【解析】（1）常温下用铁质容器盛放浓硫酸是因为常温下，铁表面与浓硫酸发生钝化，阻止了内部金属与酸的进一步反应；（2）①因为溶液中含有铁离子，所以不能选择KSCN溶液和氯水，铁粉和KSCN溶液、氨水都不能鉴别亚铁离子，所以选择酸性高锰酸钾溶液，使高锰酸钾溶液褪色或颜色变浅，证明含有亚铁离子，答案选d；②气体Y中含有二氧化硫，可能含有二氧化碳等其他气体，二氧化碳不与氯化钡溶液反应，所以二氧化硫与溴水发生氧化反应生成硫酸根离子，硫酸根离子与钡离子反应生成硫酸钡白色沉淀，离子方程式是SO2＋Br2+2 H2O＝SO42-＋2Br-+4H+ 、SO42- ＋Ba 2+＝BaSO4↓，硫酸钡的物质的量是4.66g÷233g/mol＝0.02mol，根据硫原子守恒可知SO2是0.02mol，标准状况下的体积是448mL，因此气体Y中SO2的体积分数为448mL/560mL×100%＝80%；（3）根据Q1气体的密度计算其摩尔质量是0.0893g·L-1×22.4L/mol＝2.000g/mol，该气体为氢气；A中的高锰酸钾溶液用于除去二氧化硫，则B的作用就是检验二氧化硫是否除尽；（4）碳素钢中含有碳单质，铁与浓硫酸反应放热，使碳与浓硫酸发生反应，生成二氧化碳，所以另一种气体Q2可能是二氧化碳气体，化学方程式是C+2H2SO4（浓）CO2↑+2SO2↑+2 H2O；（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，故选c；（6））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。

点睛：本题考查了浓硫酸的性质、二氧化硫的性质、常见物质的检验等知识点，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。二氧化碳和二氧化碳的检验实验原理是解答的难点。